Содержание

Содержание
От авторов…………………………………………………………………………6
Часть 1. Образовательная робототехника во внеурочной деятельности
младших школьников в рамках внедрения ФГОС
Содержание курса…………………………………………………………………9
Учебно-тематический план и основные виды деятельности учащихся……12
Раздел 1. Введение……………………………………………………………21
Занятие 1.1. Введение в курс «Лего-конструирование»…………………21
Занятие 1.2. Роботы вокруг нас. История создания торговой марки
фирмы Lego. Названия и назначения деталей………………25
Раздел 2. Конструирование простых механизмов
по технологической карте…………………………………………32
Занятие 2.1. Знакомство с конструктором «Простые механизмы»………32
Занятие 2.2. Модель автомобиля с датчиками касания…………………35
Занятие 2.3. Модель автомобиля с датчиками освещенности……………37
Занятие 2.4. Знакомство с алгоритмами. Линейный,
разветвляющийся, циклический.……………………………38
Раздел 3. Начало программирования……………………………………….41
Занятие 3.1. Знакомство со средой программирования
Mindstorms NXT-G……………………………………………41
Занятие 3.2. Моторы, мощность моторов. Программирование
движения вперед, назад, ускорение движения……………48
Занятие 3.3. Программирование поворота, разворота, движение
по квадрату в среде программирования Mindstorms NXT-G…51
Занятие 3.4. Воспроизведение звука, программирование дисплея
в среде программирования Mindstorms NXT-G……………54
Занятие 3.5. Программирование воспроизведения действия в среде
программирования Mindstorms NXT-G. Парковка…………59
Занятие 3.6. Программирование датчика освещенности, обнаружение
темной линии, движение по темной линии…………………63
Занятие 3.7. Программирование датчика касания. Программирование
совместной работы двух датчиков…………………………68
Занятие 3.8. Начало программирования в RoboLab 2.9. Загрузка ОС.
Знакомство с работой инфракрасного приемопередатчика…71
3
Занятие 3.9. Знакомство с командами языка среды программирования
RoboLab 2.9. Первый уровень программирования………75
Занятие 3.10. Знакомство с командами языка среды программирования
RoboLab 2.9. Второй уровень программирования………79
Занятие 3.11. Знакомство с командами языка среды программирования
RoboLab 2.9. Третий уровень программирования…………81
Занятие 3.12. Знакомство с командами языка среды программирования
RoboLab 2.9. Четвертый уровень программирования……85
Занятие 3.13. Программирование в режиме конструирования…………92
Занятие 3.14. Программирование автомобиля на пульте управления……98
Часть 2. Курс «Исследователи лего» во внеурочной деятельности
младших школьников в рамках внедрения ФГОС
Содержание курса………………………………………………………………105
Учебно-тематический план. Первый год обучения…………………………106
Раздел 1. Введение. Первые конструкции…………………………………110
Занятие 1.1. Роботы вокруг нас. Конструктор лего……………………110
Занятие 1.2. Основы конструирования. Детали для конструирования…112
Занятие 1.3. Способы крепления деталей. Понятие модели
и моделирования…………………………………………….116
Занятие 1.4. Способы крепления деталей. Конструирование лестницы…120
Занятие 1.5. Способы крепления деталей. Модель Башня
и её моделирование…………………………………………124
Занятие 1.6. Способы крепления деталей конструктора.
Конструкция моста………………………………………….128
Занятие 1.7. Создание базовой конструкции. Конструирование модели
Автомобиль…………………………………………………132
Занятие 1.8 Понятие конструкции. Основные свойства конструкции
при её построении……………………………………………137
Раздел 2. Простые механизмы. Рычаг. Блок………………………………141
Занятие 2.1. Простые механизмы. Понятие рычага.
Конструирование рычага……………………………………141
Занятие 2.2. Применение рычага. Основное правило рычага.
Конструирование модели весов……………………………145
Занятие 2.3. Механический манипулятор. Конструирование
механического манипулятора………………………………148
Занятие 2.4. Применение механизма рычаг.
Конструирование моделей………………………………….152
4
Занятие 2.5.
Занятие 2.6.
Занятие 2.7.
Занятие 2.8.
Понятие блока, колеса. Первая модель автомобиля………155
Простые механизмы с применением блока………………163
Блоки. Механизмы с применением простого блока………166
Применение блоков в механизмах.
Конструирование конвейера.……………………………….169
Занятие 2.9. Применение блоков в механизмах. Подъемный кран.
Конструирование подъемного крана………………………172
Раздел 3. Передача движения. Виды передач……………………………175
Занятие 3.1. Движение. Волчок.………………………………………….175
Занятие 3.2. Передача движения. Виды передач. Ременная передача…179
Занятие 3.3. Применение ременной передачи в механизмах…………182
Занятие 3.4. Зубчатая передача шестерня. Простой механизм
с двумя шестернями…………………………………………187
Занятие 3.5. Зубчатые передачи под углом 90°. Червячная передача.
Применение червячной передачи в механизмах…………190
Занятие 3.6. Применение зубчатой и ременной передач.
Детская площадка……………………………………………193
Занятие 3.7. Железная дорога. Железнодорожный шлагбаум.
Применение зубчатой и ременной передач………………196
Заключение………………………………………………………………………205
Вопросы для самопроверки……………………………………………………206
Список литературы.…………………………………………………………….207
5
От авторов
Введение государственных стандартов общего образования предполагает разработку новых педагогических технологий. Важнейшей отличительной
особенностью стандартов нового поколения является их ориентация на результаты образования, причем они рассматриваются на основе системно-деятельностного подхода. Деятельность выступает как внешнее условие развития
у ребенка познавательных процессов. Это означает, что для развития ребенка
необходимо организовать его деятельность. Значит, образовательная задача состоит в организации условий, провоцирующих детское действие. Такую стратегию обучения легко реализовать в среде образовательной робототехники.
В новом Федеральном государственном образовательном стандарте общего образования внеурочной деятельности образовательных учреждений отводится особая роль.
Цель издания данного пособия – оказание методической помощи педагогам, специалистам, реализующим программы по внеурочной деятельности.
Представленные авторские программы различны по своей структуре и содержанию, прошли апробацию в образовательных учреждениях Челябинской
области, в них раскрыта специфика и логическая схема представления программного материала, но вместе с тем они не являются универсальными.
Образовательная робототехника – одна из самых известных и распространённых ныне педагогических систем, широко использующих трёхмерные модели реального мира и предметно-игровую среду обучения и развития ребёнка.
Конструкторы позволяют постигать взаимосвязь между различными областями знаний. Интересные и несложные в сборке модели дают ясное представление о работе механических элементов, о силе, движении и скорости.
Из разных деталей конструктора учащиеся строят уменьшенные аналоги различных механических устройств. Дополнительные элементы, содержащиеся
в каждом наборе конструкторов, позволяют учащимся создавать модели собственного изобретения. Дети – неутомимые конструкторы, их творческие возможности и технические решения остроумны и оригинальны.
Для внеурочной деятельности учащихся начальных классов предлагаются курсы «Образовательная робототехника во внеурочной деятельности
младших школьников в рамках внедрения ФГОС» и «Исследователи лего».
Основой курсов является теоретическая база, которая знакомит школьников с техническими понятиями и терминами, основами алгоритмики,
а практические работы включают конструирование моделей из наборов лего.
Предлагаемые курсы сопровождаются рабочими тетрадями, которые содержат
задания для самостоятельной работы, CD-дисками, содержащими презентации и видеоматериалы к занятиям. Кроме того, желающие имеют возможность
пройти курсы повышения квалификации по программе «Образовательная робототехника» с использованием дистанционных образовательных технологий.
Часть
1
Образовательная робототехника
во внеурочной деятельности младших
школьников в рамках внедрения ФГОС
Сегодня можно утверждать, что в ближайшие годы большей части
педагогов придется участвовать в организации внеурочной деятельности
и, как следствие, разрабатывать и реализовывать программы курсов внеурочной деятельности. В новом Федеральном государственном образовательном стандарте (ФГОС) общего образования внеурочной деятельности
образовательных учреждений отводится особая роль. Образовательная робототехника может широко использоваться при организации внеурочной
деятельности.
Программа предлагаемого курса предназначена для учителей информатики, педагогов и специалистов дополнительного образования и рассчитана на 68 часов из расчета 2 часа в неделю. Участниками проекта являются учащиеся 1–4-х классов общеобразовательных школ.
Цель: развитие логического мышления младших школьников с использованием высокотехнологичного учебного оборудования и информационно-коммуникационных технологий в образовательном процессе для
повышения качества образования.
Задачи:
– обучение программированию и конструированию с использованием
высокотехнологичного учебного оборудования и информационно-коммуникационных технологий;
– формирование навыков технического моделирования посредством
проектной деятельности;
– повышение уровня информационно-коммуникационной культуры
учащихся.
7
Часть 1
Актуальность программы обусловлена ее методологической значимостью, т. к. знания и умения, необходимые для организации учебно-исследовательской деятельности, в будущем станут основой для организации
научно-исследовательской деятельности при дальнейшем обучении.
Актуальность проектной деятельности на сегодняшний день неоспорима. Новые ФГОС начального общего образования требуют использования в образовательном процессе технологий деятельностного типа, где
методы проектно-исследовательской деятельности определены как одно из
условий реализации основной образовательной программы начального общего образования. Современные образовательные программы начального
образования включают проектную деятельность в содержание различных
курсов и внеурочной деятельности. Программа позволяет реализовать актуальные в настоящее время компетентностный, личностно ориентированный, деятельностный подходы.
Особенностью данной программы является реализация педагогической идеи формирования у младших школьников умения учиться – самостоятельно добывать и систематизировать новые знания. По данной программе сформирована рабочая тетрадь для самостоятельной работы.
В пособии представлен авторский материал педагогических работников Челябинской области по технологиям использования образовательной
робототехники во внеурочной учебной деятельности. Раздел 3 представляет разработку занятий по программированию в среде программирования
Mindstorms NXT-G 006 и в RoboLab 2.9 как альтернативный материал.
8
Содержание курса
Занятия проводятся 1 раз в неделю по 2 часа.
Во время занятий необходимо учитывать медицинские рекомендации
при работе за компьютером для учащихся начального общего образования,
а именно организовать физкультминутку.
Большинство предлагаемых заданий рассчитаны на работу в парах,
хотя над некоторыми могут работать более многочисленные группы, а некоторые можно выполнять индивидуально.
Разделы программы:
1. Введение.
2. Конструирование простых механизмов по технологической карте.
3. Начало программирования.
4. Проектирование.
5. Творческие проекты.
Введение
Введение в курс «Лего-конструирование». Знакомство учащихся с целями и задачами курса по образовательной робототехнике. Роботы вокруг
нас. Просмотр видеоматериалов о роботах. Знакомство с конструктором на
примере двух моделей: робота-человека и автомобиля с пультом управления. История создания конструкторов торговой марки фирмы Lego. Названия и назначения деталей. Знакомство с названиями деталей конструктора
и их назначением.
Конструирование простых механизмов
по технологической карте
Понятие алгоритма. Формы записи алгоритмов. Типы алгоритмов:
линейный, с ветвлением, с повторениями. Понятие конструирования. Понятие модели. Знакомство с основными датчиками и их применением.
Сборка моделей конструкторов с датчиками света, касания. Знакомство
с зубчатыми передачами, их видами и применением в технике. Просмотр
видеоматериалов по данной теме.
Начало программирования
Знакомство со средой программирования Mindstorms NXT-G. Понятия мотора и мощности моторов. Знакомство с элементами программирования четырех уровней. Исследование моделей с учетом изменения количества входных и выходных сигналов, мощности и направления вращения
9
Часть 1
мотора. Программирование движения вперед, назад и ускорения. Программирование поворота, разворота и движения по квадрату. Программирование воспроизведения действия и парковки. Программирование датчика
освещенности, обнаружения темной линии и движения по темной линии.
Программирование датчика касания, программирование совместной работы двух датчиков. Самостоятельная работа по выполнению дополнительных заданий.
Знакомство со средой программирования RoboLab 2.9. Загрузка операционной системы и знакомство с работой инфракрасного приемопередатчика. Знакомство с командами языка среды программирования RoboLab
2.9. Первый уровень программирования. Знакомство с командами языка
среды программирования RoboLab 2.9. Второй уровень программирования. Знакомство с командами языка среды программирования RoboLab 2.9.
Второй уровень программирования. Знакомство с командами языка среды
программирования RoboLab 2.9. Третий уровень программирования. Знакомство с командами языка среды программирования RoboLab 2.9. Четвертый уровень программирования. Программирование в режиме конструирования. Программирование автомобиля на пульте управления.
В программе предлагаемого курса в качестве альтернативного варианта предлагаются занятия (3.8–3.14) по программированию в среде программирования RoboLab 2.9.
RoboLab 2.9 – это многофункциональная графическая среда программирования, созданная на основе LabView 7.0 и ориентированная на самые
разные возрасты – от дошкольников до студентов. Текущая версия RoboLab
позволяет программировать несколько типов микроконтроллеров – Control
Lab, RCX, NXT, также проводить независимые расчеты на компьютере.
В данном разделе предполагается индивидуальная и групповая работа
обучающихся по проектам. Учитель дает объяснения и комментарии к заданиям. Учащиеся собирают модели и программируют их, используя возможности различных режимов управления, исследуют модель, меняя количество выходных сигналов, управляя работой двух выходных устройств
(мотора и лампы), создают многошаговые программы, программируют и
изменяют последовательность задач или шагов.
Помощник диск-жокея. Часть 1. Конструирование модели «Зеркальный шар с осветительной системой». Программирование на уровне
«Управление». Часть 2. Конструирование модели по инструкции – «Зеркальный шар с сенсорным управлением». Часть 3. Конструирование модели «Счетчик посетителей дискотеки». Программирование на уровне «Исследователь».
10
Автомобиль. Часть 1. Конструирование модели «Автомобиль со всеми удобствами». Часть 2. Конструирование модели «Автомобиль с автоматической системой управления». Программирование модели «Автомобиль
с автоматической системой управления». Программирование на уровне
«Управление». Часть 3. Конструирование модели «„Видит“ ли автомобиль
свет?». Программирование модели «„Видит“ ли автомобиль свет?». Программирование на уровне «Исследователь». Конструирование и программирование собственной модели автомобиля.
Игровой автомат. Часть 1. Конструирование модели игрового автомата «Удар по мячу». Программирование модели игрового автомата «Удар по
мячу». Часть 2. Конструирование модели игрового автомата «Удар по мишени». Программирование модели игрового автомата «Удар по мишени».
Часть 3. Конструирование модели, которая отслеживает количество попаданий мяча в мишень игрового автомата. Программирование модели, которая
отслеживает количество попаданий мяча в мишень игрового автомата.
Творческие проекты
Самостоятельная работа «Разработка и сбор собственных моделей
для гонки». Мини-соревнования «Гонки роботов». Итоговое занятие. Презентация роботов на заданную тему. Защита проектов. В процессе работы
над творческим проектом учащиеся разбиваются на группы, обсуждают
тематику своего проекта по созданию модели, планируют и организуют работу по проекту, собирают и анализируют материалы, планируют и распределяют ресурсы наборов, демонстрируют и защищают проекты, оценивая
работу каждой группы.
11
Часть 1
Учебно-тематический план и основные
№
п/п
Наименование разделов и тем
1 Раздел 1. Введение
1.1 Введение в курс «Лего-конструирование»
1.2 Роботы вокруг нас. История создания конструкторов торговой марки фирмы Lego. Названия и назначения деталей
2
2.1
2.2
2.3
2.4
Раздел 2. Конструирование простых механизмов по технологической карте
Знакомство с конструктором «Простые механизмы»
Модель автомобиля с датчиками касания
Модель автомобиля с датчиками освещенности
Знакомство с алгоритмами. Линейный, разветвляющийся, циклический
12
В том числе
Кол-во
часов теория практика
4
2
2
2
1
1
2
1
1
8
2
6
2
0,5
1,5
2
2
2
0,5
0,5
0,5
1,5
1,5
1,5
виды деятельности учащихся
Основные виды учебной деятельности учащихся
1. Выбирать жизненную ситуацию для выполнения итоговой творческой работы
или придумывать свою.
2. Искать сходство и различия в материальных и информационных технологиях.
3. Рассуждать об изменении в жизни людей и о новых профессиях, появившихся
с изобретением компьютера. Сводить в таблицу названия и назначения деталей.
С помощью учителя:
– выполнять простейшие исследования – наблюдать, сравнивать, сопоставлять
изученные детали конструктора: их виды, физические и технологические свойства, конструктивные особенности;
– анализировать предлагаемые задания: понимать поставленную цель.
С помощью учителя и под его контролем организовывать свою деятельность:
подготавливать своё рабочее место, рационально размещать материалы и инструменты, соблюдать приёмы безопасного и рационального труда
1. Выбирать жизненную ситуацию для выполнения итоговой творческой работы
или придумывать свою.
2. Определять основные детали конструктора, их названия и назначения.
3. Определять этапы (шаги) действия.
4. Определять правильный порядок выполнения шагов.
5. Выполнять простые алгоритмы и составлять свои по аналогии.
6. Находить и исправлять ошибки в алгоритмах.
7. Собирать модели конструкторов с датчиками света, касания.
8. Определять основные свойства датчиков и их применение.
9. Выявлять достоинства и недостатки зубчатых и ременных передач.
10. Определять область применении зубчатых передач в технике.
11. Определять
– значение признака (цвет, форма, размер, количество элементов и т. д.);
– находить детали с одинаковым значением признака;
– выявлять закономерности в расположении фигур по значению одного признака.
12. Определять и называть составные части деталей, группировать детали по составным частям.
13. Описывать предметы через их признаки, составные части, действия.
14. Давать название группе однородных предметов:
– находить лишний предмет в группе однородных;
– называть отличительные признаки предметов в группе с общим названием;
– сравнивать группы предметов по количеству;
– ставить в соответствие предметы из одной группы предметам из другой группы
13