Образовательная робототехника

Материал из ТолВИКИ
(Различия между версиями)
Перейти к: навигация, поиск
(Курсы повышения квалификации по образовательной робототехнике)
(Литература по образовательной робототехнике)
Строка 256: Строка 256:
 
** [http://www.railab.ru/images/begin/course/materials/course2/metod2.htm Ч.II Знакомство с микроконтроллерами и интегральной схемотехникой: метод. материалы по проведению занятий со школьниками]
 
** [http://www.railab.ru/images/begin/course/materials/course2/metod2.htm Ч.II Знакомство с микроконтроллерами и интегральной схемотехникой: метод. материалы по проведению занятий со школьниками]
 
** [http://www.railab.ru/images/begin/course/materials/course3/metod3.htm Ч.III. Спортивная робототехника: материалы по проведению занятий со школьниками]
 
** [http://www.railab.ru/images/begin/course/materials/course3/metod3.htm Ч.III. Спортивная робототехника: материалы по проведению занятий со школьниками]
 +
* [http://www.intuit.ru/studies/courses/14007/1280/info Введение в программирование LEGO-роботов на языке NXT-G]
 +
: В пособии рассматриваются основы программирования роботов LEGO на языке программирования NXT-G. Курс рассчитан на студентов и школьников, также будет полезен учителям информатики для организации занятий по робототехнике.
  
 
=Учебные программы по образовательной робототехнике=
 
=Учебные программы по образовательной робототехнике=

Версия 13:47, 27 октября 2014

Nao.png


Робототехника - универсальный инструмент для образования. Вписывается и в дополнительное образование, и во внеурочную деятельность, и в преподавание предметов школьной программы, причем в четком соответствии с требованиями ФГОС. 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 типа. 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.

Образовательная робототехника дает возможность на ранних шагах выявить технические наклонности учащихся и развивать их в этом направлении.

Робототехнику можно использовать в начальном, основном общем и среднем (полном) общем образовании, в области начального профессионального образования, а также специального (коррекционного) обучения.

Одной из важных особенностей работы с образовательной робототехникой должно стать создание непрерывной системы - робототехника должна работать на развитие технического творчества, воспитание будущего инженера, начиная с детского сада и до момента получения профессии и даже выхода на производство.

Дошкольное образование

Впервые из рук ребенка выйдет продукт, способный реально выполнить задуманные действия, решить поставленные задачи. Создав свои первые модели, дети впервые освоят основные принципы конструирования и программирования.

Конструкторы «Первые конструкции», «Первые механизмы»

Начальная школа

Предмет «Окружающий мир»

Социальный заказ общества диктует, что современный школьник должен знакомиться с окружающим миром не только на теоретическом уровне, но и постигать его тайны непосредственно на практике. Объединить теорию и практику возможно, если использовать образовательную робототехнику на уроках окружающего мира (более 25 тем) в начальных класса, что, обеспечит существенное воздействие на развитие у учащихся речи и познавательных процессов (сенсорное развитие, развитие мышления, внимания, памяти, воображения), а также эмоциональной сферы и творческих способностей. Например, в программе Плешакова А.А. «Зеленый дом» образовательная робототехника позволит создавать на уроках динамические схемы, отражающие те или иные явления, сделает демонстрацию опытов яркой, красочной и более наглядной.

Основная и старшая школа

В ходе занятий ребята не только и не столько занимаются робототехникой, сколько используют ее, как некий интерактивный элемент, с помощью которого некие теоретические знания закрепляются на практике. Теоретические знания могут быть, как по точным наукам: математике и физике, так и по естественным: химии, астрономии, биологии, экологии.

Коммерческие компании, активно поддерживающие образовательную робототехнику, поняли необходимость подготовки обучающих материалов для таких программ, и, таким образом, появились образовательные наборы «Green City» и «Space Challange».

Предмет «Физика»

На уроках физики робототехнику можно применять для лабораторных, практических работ и опытов, а также для исследовательской проектной деятельности при изучении разделов: «Физика и физические методы изучения природы», «Механические явления», «Тепловые явления», «Электрические и магнитные явления», «Электромагнитные колебания и волны».

Предмет «Информатика»

Образовательные конструкторы позволят более интенсивно формировать ключевые компетенции учащихся на уроках информатики при изучении разделов: «Информационные основы процессов управления», «Представление об объектах окружающего мира», «Представление о системе объектов», «Основные этапы моделирования», «Алгоритмы. Исполнитель алгоритма», «Среда программирования», «Архитектура ПК. Взаимодействие устройств компьютера».

Предмет «Технология»

Наиболее гармонично образовательная робототехника встраивается в такие разделы предмета «Технологии» как «Машины и механизмы», «Графическое представление и моделирование», «Электротехнические работы».

Предмет «Математика»

Одним из ярких и простых примеров закрепления знаний из школьного курса математики является расчет траектории движения робота. В зависимости от уровня знаний здесь могут использоваться как и обычный метод проб и ошибок, так и научный подход: здесь им могут понадобиться и свойства пропорции (6-7 класс), и знание формулы длины окружности (8-9ый) и даже тригонометрия (10-11 класс).

Внеурочная деятельность

Проектно-ориентированная работа с конструктором позволяет организовать факультативное, домашнее и дистанционное обучение.

В школе ребята могут заниматься в кружках, на факультативах, посещать занятия на базе учреждений дополнительного образования. Формы работы могут быть разнообразными: общеразвивающие кружки для ребят начального и среднего звена; проектно-исследовательские кружки для старшеклассников, включение исследований на базе образовательных конструкторов в деятельность научного общества учащихся и многое другое.

Организация кружков по робототехнике позволяет решить целый спектр задач, в том числе привлечение детей группы риска, создание условий для самовыражения подростка, создание для всех детей ситуации успеха, ведь робототехника - это еще и способ организации досуга детей и подростков с использованием современных информационных технологий.

Кроме того, благодаря использованию образовательных конструкторов мы можем выявить одаренных детей, стимулировать их интерес и развитие навыков практического решения актуальных образовательных задач.

Профессиональное образование

Подходя к моменту перехода на ступень профессионального образования, школьник благодаря образовательной робототехнике, как правило, уже сделал свой профессиональный выбор. Встраивание робототехники в образовательный процесс в учреждениях профессионального образования, будь то учреждение НПО, СПО, ВУЗ, помогает подростку не просто развивать в себе технические наклонности, происходит понимание сути выбранной профессии. Робототехника позволяет реализовать уже профессиональные знания через моделирование, конструирование и программирование. Главная цель на этапе встраивания робототехники на ступени профессионального образования - обеспечить взаимодействие образования, науки и производства.

Конструкторы для создания роботов

Инженерно-техническая направленность использования образовательной робототехники служит блестящей возможностью ребенку проявить свои знания в области инженерно-технической мысли путем быстрого (мобильного) создания конструкторов с использованием простых и сложных инженерных механизмов и технических решений.

В настоящее время в образовании применяют различные робототехнические комплексы, например, LEGO Education, FischerTechnik, Mechatronics Control Kit, Festo Didactic и другие.

Серия Lego Education

Lego-we-do.jpg

В серию Lego Education входят конструкторы Lego WeDo и Lego Mindstorms.

Lego WeDo

Конструктор предназначен для дошкольников и школьников младших классов. Хотя элементная база этого конструктора сильно упрощена, но в нём те же идеи, практически та же электроника и ПО, что и в Lego Mindstorms. При желании с этим набором можно использовать старые детали Lego и совместимые с ними. С Lego WeDo даже дошкольники могут работать практически самостоятельно или с минимальной помощью взрослых.

Количество деталей в наборе Lego WeDo: 158. В наборе есть 4 инструкции, в каждой по 3 модели. В итоге вы получаете 12 занятий – 12 моделей для 4-х тем.

Программное обеспечение: ПервоРобот LEGO® WeDo™

LEGOMindstormsNXT.jpg

Lego Mindstorms

Это – самый известный и разработанный программируемый конструктор на рынке игрового роботостроения и электронных конструкторов, который позволит любому школьнику собрать настоящего робота. Вся электроника «встроена» в детали Lego, что делает сборку простой. Фантастический монстр, промышленный автомат или миролюбивый андроид – любые фантазии оживают вместе с Lego Mindstorms. Бесконечные возможности конструктора и гибкость программного обеспечения увлекают на долгие часы даже взрослых.

Среда для программирования (NXT G – это упрощенный вариант программы LabVIEW) максимально простая: действия робота обозначены иконками, которые нужно собирать в нужной последовательности.

Изучаются базовые принципы конструирования и программирования роботов различных типов: мобильных, шагающих, балансирующих, манипуляторов и др.

Комплектуются набором стандартных деталей LEGO (палки, оси, колеса, шестерни) и набором, состоящим из сенсоров, двигателей и программируемого блока. Наборы делятся на базовый и ресурсный.

Базовый набор NXT поставляется в трех версиях:

  • 8527 LEGO MINDSTORMS NXT – первая версия коммерческого набора, 577 деталей;
  • 9797 LEGO MINDSTORMS Education NXT Base Set – образовательный набор для обучения, 431 деталь;
  • 8547 LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 – вторая версия коммерческого набора, 619 деталей.
Состав робонабора EV3

Все три набора содержат в себе одну и ту же версию интеллектуального блока NXT, отличаются только версии прошивки, но это не принципиально, так как прошивку можно легко обновить. Так что в этом плане все три набора совершенно равноценны.

Базовый набор EV3 3.0 поставляется в одной версии 31313. Комплект конструктора LEGO EV3 изменился. Стало больше шестерёнок, ажурных элементов. Убрали часть не нужных маленьких штифтов. Но самое главное, «мозг» компьютера наконецто претерпел значительные изменения и обещает стать любопытной игрушкой не только для детей, но и для взрослых робототехников.

Комплект поставки EV3 3.0

  • центральный блок управления
  • 3 сервомотора (два больших и один маленький)
  • датчик нажатия (Touch Sensor, попросту — кнопка)
  • цветовой сенсор
  • датчик расстояния

Так же есть ресурсные наборы: 9648 и 9695 LEGO MINDSTORMS Education Resource Set - набор средний ресурсный, 817 деталей. Ресурсный набор содержит больше видов и количество деталей. Оба набора могут быть использованы для участия в соревнованиях робототехники (например, во Всемирной олимпиаде роботов World Robot Olympiad).

Роботы, которые можно построить с использованием EV3

Конструктор FischerTechnik

RoboTX.jpg

Наборы для конструирования FischerTechnik выпускает немецкая фирма fischertechnik GmbH.

Надо отметить, что хотя в России марка FischerTechnik не известна так широко, как Lego, в Европе это не только широко распространенная марка детских пластмассовых конструкторов, но и ведущий поставщик учебных конструкторов и моделей для школ и технических училищ. В последнее время линейка конструкторов FischerTechnik расширилась до нескольких десятков моделей разного уровня, для детей начиная от 5 лет.

Основным элементом конструктора является блок с пазами и выступом типа «ласточкин хвост». Такая форма дает возможность соединять элементы практически в любых комбинациях. Также в комплекты конструкторов входят программируемые контроллеры, двигатели, различные датчики и блоки питания, что позволяет приводить механические конструкции в движение, создавать роботов и программировать их с помощью компьютера.

ROBO TX Учебная лаборатория - набор для конструирования мобильных роботов и автоматических устройств. Состоит из более 310 компонентов, из которых можно собрать 11 различных моделей роботов, например, робота-футболиста, стиральную машину, робота-погрузчика и других.

Как и Lego, FischerTechnik может быть удобен, если у вас уже есть такие конструкторы, и вы будете использовать для строительства моделей старые детали.

Среда программирования: ROBO Pro.

Конструктор Arduino

Arduino-robot.jpg

Проект Arduino позволит войти в мир робототехники с минимальными затратами. Единственное «но» – программы для используемых в Arduino микропроцессоров пишутся на ассемблере или с использованием специальных трансляторов с других языков. Это уровень учащихся старших классов и студентов вуза. Среда Arduino IDE требует знания языков уровня C или Java. И как правило платы Arduino поставляются как набор для самостоятельной сборки, что подразумевает необходимость выполнять паяльные работы с последующей отладкой и перепайкой собранных компонентов.

Bioloid.jpg


Андроидные роботы конструктора Bioloid

Bioloid Comprehensive Kit — набор, позволяющий собрать до 26 вариантов конструкции робота. От простого шлагбаума с 1 степенью свободы, до паука или гуманоида с 18 степенями свободы. Помимо этого, данный набор предоставляет Вам возможность создать Вашего уникального робота, спроектировав, собрав и запрограммировав его самостоятельно.

Набор Bioloid Premium Kit похож на конструкторы LEGO Mindstorms, но является более профессиональным и продвинутым экземпляром. Набор используется в Военно-морской академии США как учебное оборудование в курсе машиностроения. Так же набор Bioloid часто используют участники международных соревнований RoboCup.

Beam-robot.jpg


BEAM-роботы

BEAM - Biolоgy (Биология), Electronics (Электроника), Aesthetics (Эстетика), Mechanics (Механика). Роботы создаются из базовых элементов с применением пайки.

BEAM-роботы, в отличие от обычных роботов, основанных на цифровой технологии и микропроцессорах, создаются по аналоговым схемам. Вместо дискретной программы поведение роботов задается аналоговыми нейронными цепями, способными гибко выбирать путь обхода препятствий и реагировать на окружающий мир.

Соревнования по робототехнике

Одним из важных аспектов стимулирования детей к самостоятельному развитию творческой мыслительной деятельности и поддержанию интереса к техническому обучению является их участие в конкурсах, олимпиадах, конференциях и фестивалях технической направленности.

Существует целая система соревнований по робототехнике разного уровня: региональные, межрегиональные, всероссийские, международные.

В Самарской области ежегодно проводится областной фестиваль по робототехнике на основе правил всемирной олимпиады. Это состязание является первой ступенью к участию таких соревнованиях как «Робофест», «Евробот», «Робомир», спартакиада «Robojam», «World Robot Olympia».

Соревнования по робототехнике отличаются от других конкурсных мероприятий по нескольким параметрам:

  • Зрелищность: ребенок видит положительную работу своих сверстников, передовые инженерно-технические достижения, новые решения в области робототехники.
  • Состязательность: позволяет выявить наиболее подготовленную команду, способную оперативно решить поставленную тренером (организатором) задачу.
  • Азартность: стремление детей к лидерству, опережению своих сверстников, быстрому и бескомпромиссному решению поставленной задачи как нельзя лучше проявляется во время соревнований по робототехнике.

World Robot Olympia - Всемирная олимпиада роботов Олимпиада представляет собой соревнования LEGO-роботов трёх разных категорий: основной, творческой и футбола роботов. В России международные состязания роботов проводятся в четыре этапа: школьный, окружной, городской и всероссийский (возможны изменения на местах). Победители и призеры Всероссийского этапа приглашаются в Летний робототехнический лагерь, по результатам которого формируется Российская сборная, для участия в WRO. Региональный отборочный тур в Самаре проходит на базе СОЦДЮТТ.

Робофест - Международные соревнования роботов проходящее в три этапа: 1. Первые отборочные окружные соревнования по робототехнике в городах России 2. Второй этап - отбирают лучшие команды России 3. Международные соревнования

Евробот Робототехнический фестиваль школьников и студентов с разнообразными соревнованиями и сложными конструкциями роботов. Обычно проводится в рамках работы форума "Роботы"

Робомир - Всероссийский фестиваль научно-технического творчества Соревнования моделей только из конструктора лего

Спартакиада Robojam Предлагают пользоваться конструктором роботов «Лаборатория роботов», но также можно использовать роботы, собранные из других конструкторов или из отдельных деталей.

Hello, Robot!

RoboCup Junior

Состязания FIRST LEGO League и FIRST Technical Challenge — здесь соревнуются не только роботы, но и сами команды: оценивается командный дух, инженерная проработка проекта, умение делать презентацию.

Литература по образовательной робототехнике

Несмотря на, то что книги на иностранном языке, переводить там особенно нечего - книги состоят исключительно из иллюстраций - различные LEGO механизмы сфотографированы с разных ракурсов, что позволит детально изучить их устройство или даже собрать такие же. Идеальный учебник по LEGO-конструированию.
В пособии рассматриваются основы программирования роботов LEGO на языке программирования NXT-G. Курс рассчитан на студентов и школьников, также будет полезен учителям информатики для организации занятий по робототехнике.

Учебные программы по образовательной робототехнике

Физико-математический лицей №239 г.Санкт - Петербурга:

Всероссийский учебно-методический центр образовательной робототехники (ВУМЦОР):

Курсы повышения квалификации по образовательной робототехнике

Курс "RoboEd - Основы робототехники" (автор: Филиппов С.А.)

Сроки: 13 октября 2014 - 11 января 2015

Курс "RoboEd - Основы робототехники" содержит обобщенный опыт многолетнего преподавания робототехники на уроках и дополнительных занятиях в школах Санкт-Петербурга, а также базовые сведения из области механики, кибернетики и программирования. На примере простых практических заданий с использованием конструктора Lego Mindstorms NXT и графической среды Robolab раскрывается ряд тем из области теории автоматического управления. Курс предназначен для учащихся 5 классов и старше, а также их учителей и родителей. Результаты обучения по курсу неоднократно проверены на многочисленных соревнованиях и олимпиадах.

Трудоемкость курса 100 часов. После успешного завершения курса выдаётся сертификат за подписью автора курса. Чтобы получить сертификат нужно выполнить не менее 80% опросов и упражнений не позже двух недель от назначенного срока. Чтобы получить сертификат с отличием нужно выполнить все опросы и пройти все упражнения не позже двух недель от назначенного срока.

Подробнее читайте ЗДЕСЬ


Московский Институт Открытого Образования (МИОО) (платные):

  • Для всех
Ознакомительный семинар
  • Курсы для педагогов дошкольного образования
    • Игровые конструкторы LEGO в дет.саду.
  • Курсы для учителей начальной школы:
    • Использование тематических наборов LEGO в начальной школе.
    • Построй свою историю
    • Первые конструкции и механизмы
    • Простые конструкции и механизмы
    • Конструирование и робототехника в начальной школе на базе LEGO WeDo
  • Курсы для учителей средней школы:
    • Технология и физика (учителя физики и технологии)
    • Конструирование и робототехника на базе NXT (учителя технологии и информатики)
    • Конструирование и робототехника на базе EV3 (учителя технологии и информатики)
    • Естественно научный эксперимент с использованием EV3 (учителя естественно научного цикла)

Все успешно прошедшие обучение специалисты становятся сертифицированным преподавателем LEGO и получают именной сертификат, имеющий уникальный номер.

Всероссийский учебно-методический центр образовательной робототехники (ВУМЦОР):

  • Основы образовательной робототехники (72 ч.)
  • Конструирование и робототехника в дошкольном образовании в условиях ФГОС (72 ч.)
  • Образовательная робототехника в начальной школе в контексте требований ФГОС (72 ч.)
  • Методика подготовки команд к соревнованиям по робототехнике (36 ч.)
  • Применение образовательных конструкторов на уроках технологии с учетом требований ФГОС (36 ч.)
  • Применение образовательных конструкторов на уроках информатики с учетом требований ФГОС (36 ч. и 72 ч.)
  • Применение образовательных конструкторов на уроках физики с учетом требований ФГОС (36 ч.)
  • Применение конструкторов Lego EV3 в образовании (8 ч.)
  • Применение конструкторов MATRIX в образовании (28 ч.)

По окончании слушателям выдается удостоверение о повышении квалификации.
Место проведения: на базе Учебно-методического центра образовательной робототехники (г. Москва) или выезд преподавателя в ваш регион. Группы слушателей формируются от 8 человек.

Проект «Универсариум» (бесплатные курсы по робототехнике для педагогов и учеников):

Уроки, мастер-классы, семинары по образовательной робототехнике

Уроки Алексея Александровича Ушакова:

Открытые уроки и мастер-классы по курсу «Робототехника»

тема: «Порхающие птицы», 2 класс, учитель: Гебель О.А, МБОУ «Гимназия №166» г.Новоалтайска
мастер-класс в начальной школе МАОУ ООШ г. Зеленоградска
тема: «Модели птиц», МБОУ Тогучинского района «Горновская начальная общеобразовательная школа»
тема: «Программирование NXT», учитель: Пророкова А.А.
Факультативное занятие, Барнаул
фрагмент внеурочного занятия, проект «Моя школа - весь мир», учитель Чуваева Н.Н.
открытое занятие Санкт-Петербургского городского Дворца творчества юных
робототехника на уроке физики, учитель: Замятина О.В.
Круглый стол по робототехнике
мастер-класс для учащихся 6-10 классов НСО. Программирование микропроцессора «Arduino». Ведущий: Алексей Медведев
робототехнике в проекте «ЭкоГрад»
мастер-класс «Инженерное проектирование во внеурочной деятельности школьников»
семинар «Использование конструкторов модульных станков и образовательных конструкторов Lego в учебном процессе». Часть 1
семинар «Использование конструкторов модульных станков и образовательных конструкторов Lego в учебном процессе». Часть 2
фестиваль Новосибирской области по робототехнике «Исследовательская деятельность школьников»
мастер-класс по робототехнике, Косаченко С., ОГКОУ «Томский физико-технический лицей»

Интересные факты о робототехнике

Слово "робот" впервые придумал известный чешский писатель и драматург Карел Чапек. Герою его пьесы «RUR» инженеру Россу удалось изобрести сложную машину (робота), которая могла выполнять все работы человека.

Один из первых роботов был построен американским инженером Венсли в 1925 году. Автор дал ему имя мистер Телевокс («теле» — по гречески «далекий», «вокс» — латинский «голос»), потому что этот робот был способен отвечать на команды, поданные голосом человека.

Самый большой в мире механизм из Lego
Самый большой в мире робот
Самый быстрый робот в мире
Самый маленький летающий робот
«Бал роботов» в Москве (май 2014 г.)
Наука 2.0. Робототехника
Стоит ли ждать восстания роботов?
Личные инструменты
наши друзья
http://аудиохрестоматия.рф/