Внедрение элементов робототехники на уроках информатики в младшей и средней школе

Внедрение элементов робототехники на уроках информатики в
младшей и средней школе
Ларионова М.А.
г. Барнаул, МОУ "Гимназия №42"
Несколько лет мы наблюдали за уроками трудового обучения в
начальной школе и пришли к выводу, что эти уроки не только помогают
ребят освоить навыки рисования, создания своих собственных моделей, учат
самостоятельности,
формируют чувства ответственности, красоты,
трудолюбия, но и носят, конечно же, практико-ориентированный характер.
На уроках трудового обучения в младших классах должен быть
заложен фундамент общетрудовой подготовки учащихся, чтобы им было
проще адаптироваться к программе обучения в среднем звене, это, в первую
очередь, предполагает воспитание у младших школьников трудолюбия,
бережного экономного отношения к материалам трудовой деятельности и
формирование основ трудовой культуры, эстетического и нравственного
воспитания.
Уроки моделирования, конструирования, рисования – практического
труда проходят в различных формах, наиболее распространенные это рассказ,
беседа, демонстрация. Закрепление же знаний, как правило, организуется с
помощью вопросов, которые требуют от учащихся осмысливания
теоретических представлений, а также практического опыта – создания чеголибо своими собственными руками, что имеет огромное значение для
маленьких детей. Все прекрасно помнят, как учась в школе, мы вышивали,
лепили, клеили и получали свои собственные изделия труда, дарили их
нашим родителям, друзьям и гордились своими поделками. Ведь,
замечательно, когда результаты твоей деятельности приносят радость
другим людям.
В начальных классах учащиеся выполняют различные виды работ:
аппликации из бумаги, ткани, природных материалов, лепят поделки из
пластилина, глины, изготавливают изделия из тонкой проволоки, фольги,
древесины. Создавая те или другие изделия, дети знакомятся с различными
профессиями, людьми труда.
Важно обратить внимание на методическую сторону использования
детских изделий, их практическую направленность. Они могут служить
наглядным пособием, подарком детскому саду, младшим школьникам,
оформлением комнаты класса и т. д.
Но, это все особенности уроков трудов, а как же информационный
прогресс, уроки информатики, как на них развивать творчество, умения
моделировать, создавать что-то своими руками, самостоятельность,
ответственность в принятии решении и конечного творческий потенциал
каждого ученика.
Выполнение поставленных задач осуществляется в процессе привития
школьникам соответствующих представлений и понятий об элементах
техники, технологии обработки материалов, организации трудового процесса
на компьютерах или на примерах технологиях машин (конструкторы,
роботы), а также формирования у них первоначальных умений по обработке
различных материалов ручными инструментами.
Формирование трудовых умений происходит в процессе практической
работы школьников при выполнении конкретной технологической операции
или трудового процесса. В этой связи, как подтверждает опыт нашей работы,
необходимо введение на уроках трудового обучения методов, требующих
активного участия самих учащихся в осмысливании трудовых действий,
создание таких условий, при которых учащиеся могли бы включиться в
деятельность по сравнению, анализу обсуждения. При этом учитель успешно
мог бы организовать внимание детей, заинтересовать их, не прибегая к
формальным требованиям. В качестве таких методов следует использовать
игровые моменты. Их специфика придает уроку трудового обучения
исключительный характер, дает возможность воспитывать у младших
школьников активность, целеустремленность в выполнении трудового
задания, сознательность в усвоении технико-технологических сведений.
Творчески работающий учитель находится в постоянном поиске путей
и средств решения задач трудового и эстетического воспитания школьников.
Так как склонность к эстетическому воспитанию проявляется у детей
довольно рано, необходимо вовремя увидеть познавательный интерес у
ребенка к тому или иному объекту его заинтересованности и суметь в
правильном
направлении
развивать
его
стремление
к
самосовершенствованию, к проектированию, к развитию.
В этом на уроках информатики в начальной школе нам помогает
программный комплекс «Роботландия», в котором учащиеся развивают
логическое и комбинаторное мышление (выполнение заданий на деление
отрезков, решение логических задач), практические навыки (работа с
текстовой, графической, музыкальной информацией), закладываются основы
алгоритмики (система исполнителей, Буквоед, Шарманщик, Кукурача). Но
для более эффективного развития познавательного интереса, а также
формирования навыков работ с компьютером и исполнителями некоторые
уроки проводятся в виде семинаров по робототехники (начальный курс у
младших школьников0, программирование простых алгоритмов ( у 5-6
классов) и более сложная алгоритмика ( с 6 по 11 класс на факультативных
занятиях).
Немаловажное значение имеет игровое начало в обучении. Из макетов
различных сооружений можно построить небольшой район города,
сделанный, к примеру, детьми в процессе их совместной коллективной
деятельности, модели машин можно использовать при изучении Правил
дорожного движения. Из множества деталей конструктора Lego учащиеся
собирают свои собственные модели в виртуальном тренажере на компьютере
(космические летающие диваны, макеты домов будущего, человек-робота и
многие другие). Что это нам дает? Все просто, каждый человек в процессе
обучения должен что-то получать в результате – это не только теоретические
знания, это еще и практические навыки. Какой смысл в тренажерах? Ученики
восторге, когда они что-то делают своими руками (оригами, модели зданий,
модели своих игрушек0, а также модели мини-роботов). Такой подход
позволяет рассматривать урок как игру, т.е. целенаправленный, непрерывный
развивающий процесс обучения.
Нельзя давать детям непосильные задания, работы должны быть
выбраны с учетом возрастных особенностей учащихся. Главное, чтобы дети
самостоятельно думали и, создавая новую поделку, вносили в нее что-то свое.
Пусть ребята пофантазируют, ощутят радость познания, радость труда.
Конструирование, проектирование, сборка деталей – это основное, что
необходимо выполнять учащимся, изучая простые механизмы конструкторов.
роботов (движение колесиков, ветряная мельница, поворот туловища и т.д.).
Именно конструирование развивает у учащихся фантазию, воображение,
способности привносить в модель что-то свое, из своего мира, воспитывает
волю, аккуратность и развивает пространственное мышление.
В связи с этим повышается роль технического творчества в
формировании личности, способной в будущем к высокопроизводительному
труду, технически насыщенной производственной деятельности.
В современном мире любому школьник по силам собрать большого
игрушечного робота. И действительно, с помощью конструктора Lego
Mindstorms второго поколения любой свирепый монстр и миролюбивый
робот оживают. Первое поколение Mindstorms, которое характеризовалось
бесконечными возможностями, занимало даже взрослого человека.
Современная игрушка для детей, которая может решать любые
взрослые задачи, прошла серьезные испытания. В тестах принимали
активное участие военные. По большому счету можно сказать, Mindstorms
тестировали в реальных военных условиях.
Lego Mindstorms работает на базе компьютерного контроллера NXT, то
есть это два микропроцессора, более 256 кбайт Flash-памяти, USBинтерфейс, Bluetooth-модуль, а также жидкокристаллический экран,
громкоговоритель, батарейный блок, порты датчиков и сервоприводов.
Как раз в NXT таится огромный потенциал возможностей
конструктора. В памяти контроллера есть программы, загружаемые с
компьютера. Информация с компьютера передается как с помощью USBкабеля, так и посредством Bluetooth. Помимо этого, с благодаря Bluetooth
можно управлять роботом с помощью мобильного телефона, надо только
лишь установить java-приложение.
Наблюдая
за
поразительными
аппаратными
возможностями
конструктора, возникает желание сделать действительно умного
самостоятельного робота. Но во время создания такого робота, конструкторы
столкнулись с некоторыми проблемами, а именно привычно отсылать NXT к
нужной части кода просто невозможно.
Здесь не помог и расширенный режим программирования, где можно
подробно определять маршруты передачи данных разных видов между всеми
устройствами. В результате была создана линейная боевая программа.
Конструктор Lego Mindstorms NXT - новое поколение конструкторов
Лего,
позволяет
создавать
роботов
с
программируемыми
микрокомпьютерами. Создание Лего Роботов состоит из нескольких этапов и
займет не более 30 минут, а благодаря подробным инструкциям сделать это
не составит труда.
Прежде всего, используя элементы Lego Technic, собирается сама
модель, она может иметь любой вариант сборки: киборга, животного,
транспортного средства или иной другой объект, который Вы придумаете
сами.
Затем следует запрограммировать Робота при помощи специальной
программы на компьютере, чтобы он мог выполнять команды.
Для
программирования
используется
специальный
язык
программирования - RCX-код. Он имеет удобный и понятный интерфейс, в
котором все команды представляются в виде обычных блоков Lego. И для
написания программы перемещаете блоки с одного на другой, с их помощью
можно с легкостью поручить двигателю совершать определенное количество
оборотов, выставить чувствительность микрофона или дальность
срабатывания дальномера.
Если вы никогда не программировали – не беспокойтесь, в программе
предусмотрены тренировочные задания, которые помогут справиться с этой
задачей. Данные с компьютера можно передавать как по USB-кабелю, так и
через Bluetooth. А также и через мобильный телефон, при помощи Bluetooth.
Любой школьник без труда запрограммирует NXT, но, как ни странно,
опытному программисту будет немного трудновато. Для того, чтобы создать
программу довольно требуется нарисовать последовательность иконок,
которые показывают то или иное действие. Элементарные настройки
графически оформлены и инстинктивно понятны.
Итак, благодаря настройкам двигатель может делать столько оборотов,
сколько это необходимо, пользователь может также вслушаться к
определенному датчику, выставить чувствительность микрофона или
дальность срабатывания дальномера.
При написании программ мы будем использовать MINDSTORMS NXT.
Начнём с двойного щелчка по иконке. Если вы его установили, а если нет, то
скачайте его с web-сайта и установите его в любую директорию. Во время
запуска программы вас попросят указать тип робота, через который он
подключён к компьютеру. Программа соединится с ним (робот должен быть
включён).
Главное окно
На рисунке, приведен
общий обзор панелей инструментов и
управления в программном обеспечении Вашего робота:
1.
Робо-центр
(предложены
инструкции
по
сборке
и
программированию некоторых моделей роботов)
2.
Мой портал (связь с главной страницей конструкторов
mindstorms.com, где можно ознакомится не только с различными
программами, программным обеспечением, но и фотогалереей, подсказками
и пообщаться на форуме программистов)
3.
Панель инструментов (инструменты для настройки сенсоров,
записей пользователя, создание файлов nxt и обмена с другими
пользователями приложениями)
4.
Рабочая область (часть экрана для создания программ)
5.
Малое окно справки (вызов подсказок, справочной информации)
6.
Схема рабочей области (позволяет узнавать справку по частям
программы)
7.
Палитра программирования (содержит пиктограммы главных
структур программирования, которые используются для создания
программы)
8.
Панель настройки (раскрывает список настроек к каждому блоку
– пиктограммы команд)
9.
Контроллер (управление всей программой)
10. Окно nxt ( связь с информацией о памяти nxt)
Для упрощения пользования палитра
программирования разделена на 3 части.
Стандартная палитра содержит наиболее часто
используемые блоки, полная палитра содержит все
блоки, личная палитра – те блоки, которые вы
загрузили.
Рассмотрим стандартную палитру:
Блок движения
Управление моторами. Используется для перемещения
робота и для захвата предметов.
Блок записи/воспроизведения
Позволяет записать физическое движение в память робота,
а потом воспроизводить его в любом месте программы.
Блок аудио
Используется для воспроизведения аудиофайла или тона.
Блок отображения
Используется для отображения картинки, вывода текста на
графическом дисплее NXT.
Блок паузы
Позволяет роботу оценить окружающую обстановку на
наличие определенного условия до продолжения выполнения
программы.
Блок зацикливания
Используется для повторения каких-либо
действий. Цикл может быть бесконечным, по какомулибо сенсору, по времени, по количеству выполнений
или логический.
Блок решения
Используется для реализации алгоритмов с
ветвлением. Условие может быть логическим или по
какому-либо сенсору.
Сенсоры:
сенсор света, поворот, время, нажатие, ультразвуковой
Панель настроек
Каждый программный блок оснащен панелью настроек, позволяющей
регулировать параметры блока, с помощью которых можно менять
поведение каждого блока. Панель настроек появляется внизу экрана.
Контроллер
«1» - загрузить программу в NXT.
«2» - информация о ресурсе памяти NXT.
«3» - загрузить и выполнить только часть кода программы.
«4» - прекратить выполнение программы.
«5» - загрузить и выполнить программу.
Написание собственной программы. Kigel ring.
Применение курса конструирования и робототехники в школьной
программе способствует:
развитию познавательного интереса;
развитию навыков и хнаний в алгоритмизации;
основ программирования;
моделирование процессов движения и механихации
проведение конкурсов-соревнований между учащимися.
На уроках информатики мы применяем различные средства и методы
обучения, которые позволяют развивать у учащихся внимательность,
логическое и творческое мышление при решении задач – это и
универсальные информационные технологии,
мультимедиа-технологии,
сетевые технологии и проектные технологии.
Основным средством является проект, развивающий навыки
самостоятельной работы
у учащихся, а также способствующий
формированию профессиональных задатков.
Проектное обучение создает положительную мотивацию для
самообразования. Это, пожалуй, его самая сильная сторона. Поиск нужных
материалов, комплектующих требует систематической работы со справочной
литературой.
Таким образом, включение проектной деятельности в учебный процесс
способствует повышению уровня компетентности учащегося в области
решения проблем и коммуникации. Этот вид работы хорошо вписывается в
учебный процесс, осуществляемый в виде практикума, эффективен при
соблюдении всех этапов проектной деятельности, обязательно включающих
самопрезентацию.