Методическая разработка Направление. Модуль «Робототехника». Формирование функциональной грамотности школьников при моделировании роботов Makeblock Ultimate 2.0

Автор: Черных Татьяна Викторовна

Организация: МАОУ СОШ № 4 с углубленным изучением английского языка

Населенный пункт: ЯНАО, г. Новый Уренгой

Введение

Актуальность темы. Робототехника является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.

Обоснование выбранной темы. Необходимо уделять большое внимание функциональной грамотности подрастающего поколения. Функциональная грамотность сегодня – это базовое образование личности. Школьнику важно обладать: готовностью успешно взаимодействовать с изменяющимся окружающим миром; возможностью решать нестандартные учебные и жизненные задачи; способностью строить социальные отношения; совокупностью рефлексивных умений, обеспечивающих оценку своей грамотности, стремление к дальнейшему образованию; важное место должно занимать общение и взаимодействие сверстников. 

Модуль «Робототехника» в школе позволяет вовлекать учащихся в процесс, мотивировать их на учебную деятельность, включает в себя множество компетенций: проектирование, конструирование и программирование, сотрудничество. Использовать групповые методы обучения, применение межпредметных связей, знакомство с новыми профессиями, проба школьников в области робототехники.

Поэтому необходимость внедрения в учебный процесс модуля «Робототехники» и таких педагогических технологий, приемов и средств, призванных обеспечить развитие функциональной грамотности.

Мною выбрана методическая тема «Формирование функциональной грамотности школьников при моделировании роботов Makeblock Ultimate 2.0».  Данная  тема позволит проанализировать и  обобщить опыт  внедрения  робототехники в  образовательный процесс.

Цель  работы: разработка методических рекомендаций  по созданию мобильных роботов   Makeblock  Ultimate 2.0  ARDUINO для обучающихся  7 и 8 классов.

Задачи  наставника: создать творческую атмосферу развития навыков конструирования, программирования и формирования функциональной  грамотности. Самореализация обучающихся в изучении прикладных программ и знакомства с профессиями, способствовать формированию самостоятельности, творческого потенциала, коммуникабельности через выполнение практических  и проектных работ. 

       Определение области исследования. В нашей школе на уроках технологии при изучении модуля «Робототехники» я применяю робототехнические конструкторы:

• для обучающихся 5 - 6 классы   LEGO MINDSTORMS EV3;
• для обучающихся 7 - 8 классы   Makeblock  Ultimate 2.0  ARDUINO.

Которые позволяют последовательно изучить основы робототехники и программирования в соответствии с возрастными особенностями школьников. Школьники приобретают знания и умения по робототехнике с помощью конструкторов и вычислительных платформ Lеgo Mindstorms, Scratch, Arduino. Важнейшими задачами модуля являются развитие интереса к конструкторскому творчеству, приобретение технических навыков конструирования и проектирования.

1. Образовательная робототехника.

Отличительная особенность. Важнейшей отличительной особенностью внедрения на уроках технологии модуля робототехники является системно-деятельностный подход и  развитие функциональнаой грамотности школьников. 

Одним из методических решений, позволяющим более интенсивно осваивать робототехнику и формировать ключевые компетенции учащихся, является образовательная среда Lеgo Mindstorms EV3 и Makeblock  Ultimate 2.0  ARDUINO.

Цель робототехники на уроки технологии: научить учащихся самостоятельно мыслить, находить и решать проблемы, привлекая для этого знания из разных областей, уметь прогнозировать результаты и возможные последствия разных вариантов решения.

Робототехника имеет техническую направленность, в её основу заложены принципы модульности и практической направленности.

Особенность изучения робототехники - это модульное обучение.  В данной методической разработке представлен  вариативный модуль внедрения робототехники.

Пример преподавания модуля Робототехники в 5-9  классах. Таблица 1.

Вариативный модуль «Робототехника»
Модуль	5 класс (17 ч)	6 класс (17 ч)	7 класс (17 ч)	8 класс (8 ч)	9 класс (7 ч)
Робототехника	Конструктор Lеgo Mindstorms EV3		Конструктор Makeblock  Ultimate 2.0  ARDUINO.
	Раздел 1. Алгоритмы и исполнители. Роботы как исполнители.   Раздел 2. Роботы: конструирова-ние и управление	Раздел 3. Роботы на производстве.     Раздел 4. Робототехничес-кие проекты. Программа Mindstorms EV3	Раздел 5 Робототехничес-кие проекты. Программа Mblock  Ultimate 2.0	Раздел 6 Робототехничес-кие проекты. Программа Mblock, Arduino C	Раздел 7. От робототехники к искусственному интеллекту

      

     1.1 Функциональная грамотность. Cспособность человека вступать в отношения с внешней средой, быстро адаптироваться и функционировать в ней называется  функциональная грамотность. При освоении модуля «Робототехника» функциональная грамотность формируется с помощью компьютерной грамотности:

- получение навыков работы в компьютерных приложениях;

- знакомство с новыми компьютерными технологиями;

- умение получать знания из разных источников;

- умение анализировать и критически оценивать, полученную информацию;

-умение применять полученную информацию на практике;

- умение адаптироваться к новым программным продуктам;

- проводить анализ и формулировать выводы на основе имеющихся данных;

- решать прикладные задачи в нестандартных ситуациях;

- видеть алгоритмы в практической деятельности;

- знакомство с профессией IT-специалиста.

Формы и методы обучения.  Формирование функциональной компьютерной грамотности происходит через формы  и методы обучения:

- интерактивные формы обучения  Lego Mindstorms, Mblock, Arduino

- решение кейс-задач    https://disk.yandex.ru/i/DLhMS4IOXHvJow;

- метод взаимообучения (коллективный способ обучения);

- планирование собственных исследований, проведение экспериментов;

- выполнение проектных и творческих работ,

- ведение портфолио «мои достижения по технологии».

Ожидаемые результаты 7-8 классы:

• формировать проблему, прогнозировать, предлагать пути ее решения,
• уметь отбирать информацию и использовать ее в жизни,
• анализировать информацию из различных источников,
• конструировать и моделировать робототехнические системы,
• реализовывать полный цикл создания робота,
• программировать действие мобильного робота,
• приобретение навыков работы в коллективе,
• выполнение проектных работ,
• самоопределение в выборе направления профессии.

1.2 Робототехнический конструктор Makeblock Ultimate 2.0  Arduino

На уроках технологии  для 7-8 классах   применяем  робототехнический конструктор Makeblock Ultimate 2.0.  

      Преимущество конструктора: можно создавать 10 различных  мобильных роботов: танк с резьбой, балансирующийся двухколесный робот, катапульта Баран, танк с захватным когтем, муравей-робот, робот с сенсором, робот-бармен  и  два робота 3D-захвата, камера Долли (тележка для видео камеры).

А также можно экспериментировать и собирать детали для создания ваших собственных уникальных конструкций.  Для школьников  используем  инструкцию на русском языке  https://disk.yandex.ru/i/54P5p32M8xuU0Q

Соблюдается принцип последовательности в  изучении робототехники: 

1. Изучение основных сведений, инструкция по сборке.

Ссылка https://disk.yandex.ru/i/54P5p32M8xuU0Q

2. Графическое программирование Scratch

Ссылка  https://scratch.mit.edu/projects/editor/?tutorial=getStarted

3. Управление роботом с помощью приложения Makeblock.

Ссылка https://play.google.com/store/apps/details?id=cc.makeblock.makeblock

4. Программирование в среде mBlock,  ссылка  https://ide.mblock.cc/    
5. Программирование с Arduino.  

Среда программирования для школьников 7-9 классов.

Scratch и  MBlock – это визуальная событийно-ориентированная среда программирования. Одним из главных достоинств является доступность и понятность. Ссылки  https://scratch.mit.edu/projects/editor/?tutorial=getStarted  и https://ide.mblock.cc/      

Arduino - миниатюрная плата с процессором, которая позволяет собрать множество разных устройств своими руками.  Язык программирования Arduino называется Arduino C.  Онлайн обучение  https://www.arduino.cc/

2. Практическая часть.

Для достижения планируемых результатов в своей работе я использую разные методы и способы. 

На занятиях применяю следующие методические разработки.

- Обучение программированию в программах  Arduino С, 8-9 классы.  

-  Решение кейса,  методическая разработка   https://disk.yandex.ru/i/DLhMS4IOXHvJow 

-  Метод взаимообучения (коллективный способ обучения).

- Устройство микроконтроллера Arduino   https://disk.yandex.ru/i/j-OrehnOxhqVkA  

- Планирование собственных исследований, проведение экспериментов;

- Выполнение проектных работ, ссылка https://disk.yandex.ru/i/EiWx8LbPLoffRw

- Ведение портфолио «мои достижения по технологии».

- План – конспект занятия. Робототехника с помощью программируемого конструктора Makeblock,  https://disk.yandex.ru/i/gt6bArVat9Lx3w

1. 1.  Создание мобильных роботов на базе платформы Arduino

        Создание роботов начинается с изучением инструкции и деталей составляющие  конструктор.  Затем  изучение принципов работы специальных микросхем, которые называются микроконтроллерами.  Платы Arduino представляют собой наборы, состоящие из готового электронного блока и программного обеспечения.                               Рисунок 1. Контроллер робота. 

                                                            

Рисунок 2.  Знакомство с интерфейсом контрейлера.

Знакомство с датчиками (Приложение 1)

При выполнении работы соблюдаются этапы сборки робота

1) Сборка платформы. Сборка основы робота — подвижная платформа.

2)  Установка платы Arduino и подключение моторов.

3)  Установка и подключение датчиков.

4)  Разработка алгоритма поведения робота на платформе Arduino

Среда программирования. Разработка приложений на базе плат Arduino осуществляется в специальной среде программирования Arduino IDE. Среда предназначена для написания и загрузки собственных программ в память микроконтроллера. Среда разработки Arduino состоит из редактора программного кода, области сообщений, окна вывода текста, панели инструментов и панели меню. Базовая структура программы для Arduino состоит из двух обязательных частей: функций setup() и loop().

Перед функцией setup() идет объявление переменных, подключение вспомогательных библиотек. Функция setup() запускается один раз после каждого включения питания или сброса платы. Она используется для инициализации переменных, установки режима работы портов и т. д.

Функция loop() в бесконечном цикле последовательно исполняет описанные команды. Для взаимодействия с различными устройствами, для обеспечения ввода и вывода используются специализированные процедуры и функции.

Использование кейсов  для проверки программирования.

Кейсы для робототехники
Кейс  12 - Танк с роботизированной рукой	Ссылка https://support.makeblock.com/hc/en-us/sections/360001778514-Ultimate-2-0
Кейс 14 - Робот-бармен
Кейс 15 - Робот-бармен
Кейс 16 - Тележка с камерой
Кейс 18 – 3D-съемка А
Кейс 19 - Обнаружение робота
Кейс 22 - Катящийся резервуар
Кейс 23 - Робот-муравей
Видеобзор обучающего робота-конструктора Makeblock	https://videomin.org/8/makeblock

 

2.2 Проектная деятельность обучающихся.

Одним из ведущих методов организации деятельности учащихся на занятиях является метод проектов. Проектная деятельность и работа формируют у учащихся умения ставить и принимать задачу, планировать последовательность действий и выбирать необходимые средства и способы их выполнения. Самостоятельное осуществление продуктивной проектной деятельности совершенствует умения находить решения в ситуации затруднения, работать в коллективе, нести ответственность за результат.                

Каждый год после изучения модуля «Робототехники» организуем выставку роботов, участвуем в городском конкурсе-выставке проектных работ по технологии, проводим соревнования роботов (Приложение 2). Личностные достижения учеников фиксируются в портфолио. Участие в конкурсах повышает самооценку и положительно влияет на учебную мотивацию.

 

Полный текст статьи см. в приложении.

1. file0.docx (2,4 МБ)

Опубликовано: 10.04.2025