Основы образовательной робототехники. Образовательная робототехника в России: состояние и перспективы глазами педагогов

III .Содержание инновационного педагогического опыта работ 9

1. Анализ исходного состояния деятельности учителя на основе

выявления противоречий. 9

2.Цель опыта. 11

3.Объект опыта. 11

4.Предмет опыта. 11

5.Сущность опыта. 11

6.Конечный практический результат опыта. 12

7.Нормативная база опыта. 12

8.Новизна опыта. 12

9.Теоретическая значимость опыта. 13

10.Практическая значимость опыта. 13

11.Перспектива внедрения опыта. 13

12.Комплекс условий,обеспечивающий распространения опыта. 14

13.Индикаторы опыта. 14

IV .Методические аспекты внедрения робототехники в образовательное пространство школы 14

1. Теоретико-методологическая основа опыта. 14

2. Место робототехники в учебном плане школы 15

3. Формы и методы организации обучения 18

4. Методы обучения 18

5. Формы организации учебных занятий 20

6.Основные этапы разработки Лего- проекта 20

7. Структура образовательной робототехники 21

V .Результаты внедрения и обобщение опыта 22

VI .Заключение 24

VII .Литература 26

VIII .Приложения 27

Введение.

Робототехника - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование, физика.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. Человечество остро нуждается в роботах, которые могут без помощи оператора тушить пожары, самостоятельно передвигаться по заранее неизвестной, реальной пересеченной местности, выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий, аварий атомных электростанций, в борьбе с терроризмом. Кроме того, по мере развития и совершенствования робототехнических устройств возникла необходимость в мобильных роботах, предназначенных для удовлетворения каждодневных потребностей людей: роботах – сиделках, роботах – нянечках, роботах – домработницах, роботах – всевозможных детских и взрослых игрушках и т.д. И уже сейчас в современном производстве и промышленности востребованы специалисты, обладающие знаниями в этой области. Начинать готовить таких специалистов нужно школе и с самого младшего возраста. Поэтому, образовательная робототехника в школе приобретает все большую значимость и актуальность в настоящее время.

II . Теоретические аспекты включения робототехники в образовательное пространство

Актуальность введения в школе межпредметного курса «Основы робототехники».

«Уже в школе дети должны получить возможность раскрыть свои способности, подготовиться к жизни в высокотехнологичном конкурентном мире»

Д. А. Медведев

Первый человекоподобный рыцарь был предложен Леонардо да Винчи в 1495 г., в 1738 г. французский механик Жак де Вакансон создал первого андроида, а в 1921 году чешский писатель Карел Чапек придумал слово «робот».

Бурными темпами робототехника вошла в мир в середине XX века. Это было одно из самых передовых, престижных, дорогостоящих направлений машиностроения. Основой робототехники были техническая физика, электроника, измерительная техника и многие другие технические и научные дисциплины. В начале XXI века робототехника является одним из приоритетных направлений в сфере экономики, машиностроения, здравоохранения, военного дела и других направлений деятельности человека. На сегодняшний день человек незаметно окунулся в мир автоматики и робототехники. На улицах можно видеть шагающих роботов, технология позволила создать материалы для роботов – андроидов. В быту - сенсорная автоматика и робототехника. Поэтому специалисты, обладающие знаниями в этой области, востребованы. В России существует такая проблема: недостаточная обеспеченность инженерными кадрами и низкий статус инженерного образования. Поэтому необходимо вести популяризацию профессии инженера, ведь использование роботов в быту, на производстве и поле боя требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами. Как этого достичь? С чего начинать? Школа – это первая ступень, где можно закладывать начальные знания и навыки в области робототехники, прививать интерес учащихся к робототехнике и автоматизированным системам.

"Если ученик в школе не научился сам ничего творить,

то и в жизни он всегда будет только подражать, копировать,

так как мало таких, которые бы, научившись копировать,

умели сделать самостоятельное приложение этих сведений"

Л.Н.Толстой.

Несмотря на то, что Лев Толстой сказал эти слова в прошлом веке, они актуальны сегодня. Основная задача современного образования - создать среду, облегчающую ребёнку возможность раскрытия собственного потенциала. Это позволит ему свободно действовать, познавая эту среду, а через неё и окружающий мир. Новая роль педагога состоит в том, чтобы организовать и оборудовать соответствующую образовательную среду и побуждать ребёнка к познанию и к деятельности.

Образовательная среда ЛЕГО, объединяет в себе специально скомпонованные для занятий в группе комплекты ЛЕГО, тщательно продуманную систему заданий для детей и четко сформулированную образовательную концепцию.

Что такое ЛЕГО-конструирование ? Ещё одно веянье моды или требование времени? Лего-педагогика – одна из самых известных и распространённых ныне педагогических систем, широко использующая трёхмерные модели реального мира и предметно-игровую среду обучения и развития ребёнка. «Лего» в переводе с датского языка означает «умная игра». ЛЕГО конструктор побуждает работать, в равной степени, и голову, и руки учащегося. Конструктор помогает детям воплощать в жизнь свои задумки, строить и фантазировать, увлечённо работая и видя конечный результат. Именно ЛЕГО позволяет учиться играя и обучаться в игре. Введение элементов робототехники в школьные предметы позволит заинтересовать учащихся, разнообразить учебную деятельность, использовать групповые активные методы обучения, решать задачи практической направленности. Программирование реального робота поможет увидеть законы математики не на страницах тетради или учебника, а в окружающем мире. Использование конструкторов Lego Mindstorms NXT позволяет взглянуть на школьные предметы по-новому.

В этом мы видим актуальность введения в школе межпредметного курса «Основы робототехники».

Изучение робототехники создает предпосылки для социализации личности учащихся и обеспечивает возможность ее непрерывного технического образования, а освоение с помощью лего- наборов и других роботоконструкторов компьютерных технологий – это путь школьников к современным перспективным профессиям и успешной жизни в информационном обществе. Конечно же, занятия робототехникой не приведут к тому, что все дети захотят стать программистами и роботостроителями, инженерами, исследователями. В первую очередь занятия рассчитаны на общенаучную подготовку школьников, развитие их мышления, логики, математических способностей, исследовательских навыков.

«Основы робототехники» как межпредметный курс внедрения робототехники в образовательное пространство школы.

LEGO® MINDSTORMS® Education – новое поколение образовательной робототехники, позволяющей изучать естественные науки (информатику, физику, химию, математику и др.) а также технологии (научно – технические достижения) в процессе увлекательных практических занятий. Наш курс межпредметный.

1. Физика Использование Лего-технологий в преподавании физики может проходить по следующим направлениям:

1. демонстрации;

2. фронтальные лабораторные работы и опыты;

3. исследовательская проектная деятельность.

Деятельность в данных направлениях отвечает требованиям Примерной программы по физике для основной школы, составленной на основе Фундаментального ядра содержания общего образования и Требований к результатам основного общего образования, представленных в федеральном государственном образовательном стандарте общего образования второго поколения. Внедряя Лего-технологии в обучение, учитель получает возможность достижения следующих целей изучения физики:

развитие интересов и способностей учащихся на основе передачи им знаний и опыта познавательной и творческой деятельности;

понимание учащимися смысла основных научных понятий и законов физики, взаимосвязи между ними.

Достижение этих целей обеспечивается решением следующих задач:

знакомство учащихся с методом научного познания;

приобретение учащимися знаний о физических явлениях и физических величинах, характеризующих эти явления;

формирование у учащихся умений наблюдать природные явления и выполнять опыты, лабораторные работы и экспериментальные исследования с использованием Лего-конструкторов;

овладение учащимися такими общенаучными понятиями, как эмпирически установленный факт, проблема, гипотеза, теоретический вывод, результат экспериментальной проверки.

Личностные результаты обучения физике с использованием Лего-технологий:

сформированность познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей учащихся;

самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений;

мотивация образовательной деятельности школьников на основе личностно ориентированного подхода;

формирование ценностных отношений друг к другу, учителю, авторам открытий и изобретений, результатам обучения.

Метапредметные результаты внедрения Лего-конструирования в обучение физике:

овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий;

понимание различий между исходными фактами и гипотезами для их объяснения, теоретическими моделями и реальными объектами, овладение универсальными учебными действиями на примерах гипотез для объяснения известных фактов и экспериментальной проверки выдвигаемых гипотез, разработки теоретических моделей процессов или явлений;

приобретение опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации с использованием новых информационных технологий для решения познавательных задач;

освоение приемов действий в нестандартных ситуациях, овладение эвристическими методами решения проблем;

формирование умений работать в группе.

Например, на уроке изучения скорости движения тел можно использовать робот Валли или робот- пятиминутка.

2. Информатика. В содержании базовой дисциплины ―Информатика понятийный аппарат информатики предполагается разделить на три концентра:

Понятия, связанные с описанием информационного процесса;

Понятия, раскрывающие суть информационного моделирования;

Понятия, характеризующие применение информатики в различных областях, прежде всего: технологиях, управлении, социально-экономической сфере.

Для учителя информатики помимо содержания и количества часов, выделяемых на предмет, важна информация и о новых подходах в стандартах второго поколения - это деятельностный подход . Для этого подхода главным является вопрос, какие необходимы действия, которыми должен овладеть ученик, чтобы решать любые задачи. Иначе говоря, необходимо выделить универсальные действия, овладение которыми дает возможность

решать в неопределенных жизненных ситуациях разные классы задач. Таким образом, на первый план, наряду с общей грамотностью, выступают такие качества выпускника, как, например, разработка и проверка гипотез, умение работать в проектном режиме, инициативность в принятии решений и т.п. Эти способности востребованы в постиндустриальном обществе. Они и становятся одним из значимых ожидаемых результатов образования и предметом стандартизации. Одним из методических решений , позволяющим более интенсивно осваивать информатику и формировать ключевые компетенции учащихся, является использование конструктора Лего на уроках информатики. Главная идея состоит в том, чтобы через насыщение школьного пространства новыми технологиями изменить содержание учебно-воспитательного процесса, создать новую внутришкольную коммуникационную среду, попадая в которую учащийся и учитель был бы более успешен, более компетентен, более современен. Цель внедрения конструктора Лего на уроках информатики: научить учащихся самостоятельно мыслить, находить и решать проблемы, привлекая для этого знания из разных областей, уметь прогнозировать результаты и возможные последствия разных вариантов решения. Одной из основных задач является осуществление технологической подготовки учащихся. На уроках информатики с применением Лего в основной и старшей школе учащиеся могут разрабатывать проекты по интересующей их тематике, широко используя в своей работе межпредметные связи.

Пример использования робота на уроках информатики:

Раздел информатики: Информационные основы процессов управления -Примеры систем автоматического управления, неавтоматического управления, автоматизированных систем управления на основе конструктора Лего. Например, создать сначала управляемую с помощью вращения двигателя модель машины (автоматическую), а затем автоматизировать процесс при помощи системного блока NXT (RCX).

3.Технология. Использование образовательной робототехники в преподавании Технологии является не столько модным веянием, сколько действительной необходимостью, которая делает современную школу конкурентоспособной, а урок по-настоящему эффективным и продуктивным для всех участников образовательного процесса. Лего позволяет постигать взаимосвязь между различными областями знаний на основе смоделированных руками самого ребенка уменьшенных аналогий различных механических устройств. Интересные и несложные в сборке модели Лего дают ясное представление о работе механических конструкций, о силе, движении и скорости. Принцип обучения «шаг за шагом», являющийся ключевым для Лего, обеспечивает учащемуся возможность работать в собственном темпе.

Кроме того, все школьные наборы Лего предназначены для групповой работы, в результате чего учащиеся одновременно приобретают и навыки сотрудничества, и умение справляться с индивидуальными заданиями, составляющими часть общей задачи. Конструируя и добиваясь того, чтобы созданные модели работали, испытывая полученные конструкции, учащиеся получают возможность учиться на собственном опыте. Наиболее гармонично образовательная робототехника встраивается в такие разделы Технологии как «Машины и механизмы. Графическое представление и моделирование»:

Механизмы технологических машин;

Сборка моделей технологических машин из деталей конструктора по эскизам и чертежам;

Сборка моделей механических устройств автоматики по эскизам и чертежам. Электротехнические работы. - Устройства с элементами автоматики;

Электропривод;

Простые электронные устройства.

И так, наш курс позволит через эти предметы внедрить в образовательное пространство школы основ робототехники и определить роль робототехники в учебно-воспитательном процессе.

Тема «Робототехника и компьютер- это творчество»

апрель,2013

Республиканский конкурс «Лучшая программа компьютерного лагеря»

Тема « Робототехника и компьютер- это творчество»

Диплом 2 степени

Май,2013

Мастер-класс республиканского семинара «Лагерь компьютерных технологий:от идеи до воплощения»

Благодарственное письмо от РЦИ и ОКО

2013

Районная выставка-конференция инновационной деятельности педагогических и руководящих работников.

Тема выступления « Робототехника в школе»

Диплом участника

2014,

январь

Мастер- класс на районной конференции инновационной деятельности педагогических работников «Знание.Опыт.Исследование»

Тема «Робототехника»

Диплом участника конференции

Практико-исследовательская конференция «Ступени творчества-2014» при МКОУ ДО ДДТ.

Секция «Дети и техника»

1 место.( команда в составе Коротаева Никиты и Романова Дениса).

Летний лагерь общешкольный

Грамота за проведение лагеря по робототехнике

Республиканская олимпиада по образовательной робототехнике

3 место (команда в составе Штина Кости и Овчинникова Саши, 6 класс)

Прилагаются копии дипломов, благодарностей учителю(Приложение ).

Подводя итоги внедрения курса в образовательное пространство школы можно сказать, что повлекло за собой:

Повышение заинтересованности предметом.

Сформированность новых моделей учебной деятельности, в том числе Лего – технологию, использующих информационные и коммуникационные технологии.

Сформированность информационной компетентности учащихся и учителя.

Использование проектных и исследовательских методов обучения.

Изученность языков программирования.

Совершенствование системы работы с одаренными детьми на основе использования возможностей новых информационных технологий.

разработка и внедрение курса «Образовательная робототехника» в образовательное пространство школы еще не окончены. Предстоит доработка методических и дидактических материалов элективного курса и для встраивания робототехники в курс информатики и ИКТ, физики, начальной школы.

Создание условий, которые позволяют реализовать способности и интересы учащихся.

Описанные мероприятия способствовали освоению и соблюдению норм общения, поведения, общепринятых ценностей человеческого общества, созданию положительной мотивации и стремления к успеху, творчеству.

Результаты моей работы над курсом «Образовательная робототехника» рассмотрены на школьном, районном, республиканском и федеральном уровне.

VI . Заключение.

Привлечение школьников к исследованиям в области робототехники, обмену технической информацией и начальными инженерными знаниями, развитию новых научно-технических идей позволит создать необходимые условия для высокого качества образования, за счет использования в образовательном процессе новых педагогических подходов и применение новых информационных и коммуникационных технологий. Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит выпускнику школы соответствовать запросам времени и найти своё место в современной жизни. Для того, чтобы сегодня у ученика формировалась учебная успешность, нужно добиться, прежде всего, чтобы школьник осознавал, что учебная деятельность, которой он занят в данный момент в школе повлечет за собой успех в его дальнейшей деятельности. Процессы обучения и воспитания не сами по себе развивают человека, а лишь тогда, когда они имеют деятельностные формы и способствуют формированию тех или иных типов деятельности.

Есть много образовательных технологий развивающих критическое мышление и умение решать задачи, однако существует очень мало привлекательных образовательных сред, вдохновляющих следующее поколение к новаторству через науку, технологию, математику, поощряющих детей думать творчески, анализировать ситуацию, критически мыслить, применять свои навыки для решения проблем реального мира.

Робототехника в школе представляет учащимся технологии 21 века, способствует развитию их коммуникативных способностей, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Ученики лучше понимают, когда они что-либо самостоятельно создают или изобретают. При проведении занятий и мероприятий по робототехнике этот факт не просто учитывается, а реально используется.

Однако данный курс не является чем–то однажды написанным и далее живущим в законченном виде. Он может видоизменяться из года в год, от урока к уроку, корректироваться, дописываться, иногда исчезать целыми фрагментами. Непрерывность модификации материалов этого курса – естественный процесс. Это требования времени, ведь информационные и компьютерные технологии, все, что с ними связано, переживают взрывообразное развитие. Поэтому изменения и дополнения в эти материалы вносятся, и будут вноситься, постоянно.

Тем не менее, данный курс это задуманный, сформированный и отрабатываемый на практике в учебном процессе. Это реальный опыт и его может использовать в своей работе любой преподаватель. Его можно использовать как руководство к собственному действию, опираясь на эти разработки, самостоятельно модифицировать курс под себя, свой инструментарий, свое видение, текущий момент.

В заключении отметим, что внедрение единой системы обучения основам робототехнике в школе будет являться важным этапом развития технических навыков и умений школьников. «Основы робототехники» в школе позволят привить интерес школьников к техническому творчеству, тем самым раскрыть таланты тех учеников, которые в дальнейшем могут стать первоклассными инженерами и технологами. Именно поэтому внедрение образовательной робототехники в школу - большой шаг в сторону начального инженерного образования и начальной профориентации.

VII .Литература:

Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем. - Воронеж: изд-во воронежского университета, 1977 г.

Д.Г. Копосов. Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов.М.Бином, 2012

Д.Г. Копосов. Первый шаг в робототехнику. Рабочая тетрадь по робототехнике. М.Бином,2012

Интернет – ресурс .

Сообщество увлеченных робототехникой.

Интернет – ресурс . Техническая

поддержка для роботов NXT .

Интернет – ресурс . Современные

модели роботов . net . ru , Развитие технологического образования школьников средствами робототехники.

Копытова О.Г.Внедрение робототехники в образовательное пространство школы.Трехгорный,2010

Руководство «ПервоРобот NXT . Введение в робототехнику»

VIII. Приложения.

Внедрение робототехники в образовательное пространство школы

2014

Ефремов Виктор Петрович- учитель физики, технологии высшей категории

МОУ «Колесурская СОШ

МОУ «Колесурская СОШ»

Робототехника - универсальная наука, в которую входит большое количество специализаций, многие из них уже стали частью жизни общества. Роботы имеют связь со смартфонами, а вскоре обзаведутся своими приложениями, экосистемами. Просвещенный в этом мире человек сможет чувствовать себя как рыба в воде.

Больше полезных материалов в разделе " ": кружки, курсы и вузы (робототехника и искусственный интеллект).

Робототехника является прикладной научной отраслью, которая специализируется на создании роботов и автоматизированных технических систем. Отрасль еще называют роботостроением, что подразумевает процесс, аналогичный машиностроению. Сегодня существует промышленная, строительная, авиационная, космическая, подводная и военная робототехника. В последнее время актуальными стали боты-помощники и роботы для игр.

«Сестрой» робототехники является мехатроника - дисциплина, которая изучает создание и эксплуатацию машин, а также систем с программным управлением. Нередко мехатронику считают синонимом электромеханики и наоборот. Профессионалы-мехатроники занимаются заводскими станками, оснащенными программным обеспечением, беспилотными транспортными средствами, современной офисной техникой и пр. В общей сложности, их специализация - приборы, выполняющие конкретную задачу. Робототехника находится в родстве с мехатроникой.

Прямая задача инженера-робототехника - изготовить робота. Ему принадлежит выбрать задачи, для выполнения которых нужен бот, продумать его механику, электронную составляющую, запрограммировать действия. Естественно, одному специалисту не справиться с такой задачей, а поэтому робототехники трудятся в команде.

Но разработка и создание машины - это не все. Устройству необходимо качественное обслуживание - управление, отслеживание «самочувствия», ремонт. Здесь в игру вступает робототехник, который специализируется на обслуживании.

Основа современной робототехники состоит из механики, электроники и программирования. Футурологи прогнозируют, что со временем в ход пойдут био- и нанотехнологии. Это приведет к появлению киборга - кибернетического организма, который будет промежуточным звеном между человеком и роботом. Следовательно, получить образовании в данной сфере - означает иметь большие профессиональные и финансовые перспективы.

Где потом работать?

В специалистах по робототехнике нуждаются конструкторские бюро авиации и космонавтики, такие как НПО им. С.А.Лавочкина, научно-исследовательские центры, специализирующиеся на космической отрасли, медицине, нефтедобыче, компании, занимающиеся роботостроением.

Если Вы хотите посвятить себя робототехнике, то должны интересоваться точными науками, инженерным делом, обладать аналитическим сладом ума, отлично структурированным мышлением «приправленным» богатым воображением.

В итоге, Вам нужно овладеть знаниями в области механики, программирования, теории автоматического управления, проектирования автоматических систем. Также неплохо бы иметь навыки конструирования и «очумелые» ручки - придется работать с паяльником и не только.

Познаем азы еще в школе

Если задуматься серьезно, робототехника является идеальным предметом школьной программы. Она позволяет рисовать увлекательные образы будущего, которые популяризирует кино, литература, игры. Этот мир сегодня еще кажется сказочным, но если вникнуть глубже, то можно заметить, что он намного реальнее, чем нам может показаться.

На российском рынке присутствуют компании, которые предлагают обучающие курсы по робототехнике для школ, а также программы с использованием образовательных конструкторов для дошкольников и школьников.

В их число входят (это лишь небольшой перечень):

«Роботбаза», «ИнноПарк», семейный досуговый центр «Интерес», Политехнический музей, музей занимательной науки «Экспериментаниум», (Москва).
Санкт-Петербургский городской Дворец творчества юных робототехников, Санкт-Петербургский центр детского и юношеского технического творчества (Санкт-Петербург).
Сеть учебно-творческих центров «Гений», центр инновационно-технического развития«Робот Центр», Дворец молодежи (Екатеринбург).
Кружок робототехники при ННГУ им. Н. И. Лобачевского, Нижегородский Институт Информационных Технологий, Поволжский центр аэрокосмического образования (Нижний Новгород).
Областной центр технического творчества учащихся, Профессиональный лицей № 3 (Ростов-на-Дону).
Студия «Роботикс» в рамках университета «Иннополис», инновационный технопарк «Идея», Центр детского технического творчества им. В. П. Чкалова (Казань).
«Лига Роботов» (франшиза).
"РОББО Клуб" (франшиза).

Новый, расширенный список кружков по робототехнике для детей смотрите .

Какие навыки это позволит развить?

Дает понятие профориентации в раннем возрасте.
Расширяет политехнический кругозор, закрепляет на практике знания, полученные во время изучения основ наук.
Развивает навыки проектной и конструкторской деятельности и пр.

Где получить высшее образование?

Чтобы связать свою профессиональную деятельность с этой сферой, необходимо получить образование в направлении «мехатроника и робототехника», после чего будет присвоена квалификация «инженер». Тем более что в России общее количество ВУЗов, где обучают «Мехатронике и робототехнике» доходит до 40.

Желающие могут стать студентами:

Факультета специального машиностроения кафедры «специальной робототехники и мехатроники» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана.

Кафедры «автоматизации и робототехники» Омского Государственного технического университета.

Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (СГУАП)

Магнитогорского государственного технического Университета.

Южно-Российского Федерального Университета (Новочеркасский ГТУ).

Саратовского государственного технического Университета.

Робототехника является одним из самых перспективных направлений технологического бизнеса. Продажи роботов неустанно увеличиваются, а поэтому есть смысл серьезно задуматься о получении образования в этой сфере.

Робототехника в школе – это отличный способ для подготовки детей к современной жизни, наполненной высокими технологиями. Это необходимо, так как наша жизнь просто изобилует различной высокотехнологичной техникой. Ее знание открывает перед подрастающим поколением массу возможностей и сделает дальнейшее развитие технологий более быстрым.

Еще в 1980 году Лого Сеймур Пейпер, который является основоположником языка программирования, в своей книге предложил применять компьютеры для обучения детей. Пейпер в своем предложении основывался на естественной любознательности детей и средствах для ее удовлетворения. Ведь каждый ребенок – это архитектор, самостоятельно строящий структуру собственного интеллекта, а как вы уже догадались, любому архитектору необходим материал, при помощи которого все возводится. И именно окружающая среда и является тем самым материалом. И чем больше этих материалов, тем больше сможет достичь ребенок.

1. Зачем нужны курсы робототехники для детей?

Стоит обратить внимание на тот факт, что в повседневной жизни дома, в школе, в общественных учреждениях детей окружают самые разнообразные технические приспособления и устройства:

Компьютер;
Телевизор;
Автоматическая стиральная машинка;
Планшетные ПК;
Смартфоны, телефоны и многое другое.

Для детей, как и для многих взрослых, все эти устройства являются абсолютно неизведанными объектами, то есть каждый знает для чего нужно то или иное устройство, а также как им пользоваться, но принцип работы известен лишь немногим. Отсюда выходит вопрос, а нужно ли это вообще знать? Ответ – конечно же, и в первую очередь для того, чтобы обезопасить себя, а также продлить срок действия используемого устройства.

Также у многих может возникнуть вопрос, а причем здесь робототехника? Для того чтобы получить ответ, стоит понять, что такое робот. Это автоматизированный механизм, который имеет программу для выполнения той или иной функции. Другими словами обычную стиральную машинку автомат можно назвать роботом, который запрограммирован для стирки, полоскания и выжимания белья, причем для этого предусмотрены различные режимы.

Программа робототехники в школе позволяет детям ближе узнать о принципах работы таких устройств. Это позволит сделать детей более мобильными, подготовленными к внедрению различных инноваций в повседневную жизнь. При этом они смогут быть технически более грамотными. В теоретическом аспекте данного вопроса детям помогают такие предметы как физика, математика, информатика, химия и биология. А вот синтезатором таких наук, который способен развивать технический уровень грамотности подрастающего поколения, путем научно-практических исследований и творческих проектов является рабочая программа по робототехнике в школе.

1.1. Интерес детей к обучению

Стоит отметить, что благодаря любознательности детей курсы робототехники в школах вполне способны превратиться в наиболее интересный метод познания и изучения не только цифровых технологий и программирования, но также и всего окружающего мира, и даже самого себя.

При этом особенность данного предмета заключается в том, что дети постоянно сталкиваются с различной техникой не только в школе, но и дома, а также в повседневной жизни. Это существенно усиливает интерес к получению знаний и позволяет легче и быстрее усваивать информацию.

1.2. Основные проблемы программы робототехники в школе

При введении в школьную программу курсов робототехники в учебном процессе мы сталкиваемся с двумя главными проблемами:

Недостаточный уровень методических материалов;
Высокая стоимость одной единицы робототехнического конструктора. При этом стоит отметить, что в подавляющем большинстве случаев используются иностранные разработки.

На данный момент в программах робототехники в школе могут применяться различные специальные робототехнические комплексы, такие как Mechatronics Соntrol Kit, Festo Didасtiс, LEGO Мindstоrms и так далее. Однако можно выделить комплексы, пользующиеся наибольшим распространением в России. К ним относится следующее:

LEGO Мindstоrms. Это специальный конструктор нового поколения, который был представлен компанией Лего в 2006 году. Мозгом робототехнического конструктора является микрокомпьютер Лего. К его портам подключаются различные датчики, а также исполнительные устройства (механизмы). В зависимости от фантазии конструктора робота можно собрать в виде человека, машины, животного и так далее. При этом построенный механизм способен выполнять различные функции. Для того чтобы задать роботу поведение необходимо написать программу. Сделать это можно как при помощи самого микрокомпьютера, на котором предусмотрены клавиши, либо по средствам специального программного обеспечения на ПК.
Конструктор Fischertechnik. Данный конструктор является развивающим. Он подходит как для детей, так и для подростков и студентов. Такой конструктор позволяет создавать самых разнообразных роботов и задавать им программы при помощи компьютера.
Scratch Board.
Arduino.
Конструкторы УМКИ. Такие модули оснащены микропроцессором, а также наборами датчиков.

Все эти модули имеют достаточно высокую стоимость, что делает их менее доступными. Однако при этом они способны активно развивать детей во всех направлениях связанных робототехникой – мышление, логика, алгоритмические и вычислительные способности, а также исследовательские навыки и, самое главное, техническую грамотность.

2. Образовательная робототехника в начальной школе

Учитывая вышеуказанные проблемы, на данный момент программа робототехники в школе доступна все еще не везде. Однако даже без использования специальной техники, конструкторов и настоящих роботов в школьных программах по информатике и ИКТ стоит начать изучение введения в робототехнику. Это позволит ближе познакомить учеников с предметом, а также поможет в дальнейших шагах в данной сфере знаний. При этом достаточно провести всего лишь два занятия, после чего дети смогут самостоятельно заниматься робототехникой.

Основы робототехники для детей в начальной школе позволит понять ученикам, что такое робот и принцип его работы. Также детям будет интересно знать, что понятие «робот» было придумано писателем фантастом Карелом Чапеком в далеком 1920 году. Это основы робототехники, позволяющие окунуться в мир полный удивительных изобретений и высоких технологий, которые моментально возбуждают в детях огромный интерес к данной науке.

Кроме этого, основы робототехники помогут детям, выбравшим путь изучения роботов, в дальнейшем обучении.

Технологии не стоят на месте, они постоянно развиваются, и вполне возможно, что именно ваш ребенок или ученик сконструирует наноробота, который сможет лечить сложнейшие заболевания. Программа робототехники в школе – это огромный шаг к технологиям будущего, к развитию и совершенству технологий.

3. Мастер-класс по робототехнике: Видео

Робототехник одновременно является инженером, программистом и кибернетиком, должен иметь знания в области механики, теории проектирования и управления автоматическими системами. Поэтому, чтобы стать квалифицированным специалистом в этой области, нужно иметь колоссальные знания и практические навыки в разных областях.

Самые востребованные специальни будущего, связанных с робототехникой

Инженеры-робототехники занимаются созданием роботов. Исходя из целей проекта, они продумывают электронную начинку, механику движения, программируют машину на определённые действия. Причём работа по созданию робота обычно ведётся целой командой разработчиков.

Однако недостаточно создать инновационную автоматизированную технику, нужно управлять её работой, проводить регулярный осмотр и ремонт. Этим, как правило, занимается обслуживающий персонал.

Кроме того, робототехника постоянно развивается. Начинает процветать кибернетика, которая подразумевает сочетание био- и нанотехнологий. Квалифицированные специалисты этой области регулярно занимаются исследованиями и совершают революционные открытия .

В робототехнике можно выделить 7 востребованных специальностей:

1. Инженер-электроник – разрабатывает робототехнику, ремонтирует оборудование и обеспечивает надёжность электронных элементов управления.

2. Сервисный инженер – занимается техническим обслуживанием и ремонтом робототехники, производит диагностику оборудования, а также проводит обучение и консультации операторов, которые будут управлять роботами.

3. Электротехник – универсальный специалист по электронным приборам, который отвечает за корректное генерирование, преобразование и формирование электрических сигналов, а также обеспечивает проведение многих других процессов. Должен иметь обширные знания в области физики, математики и химии.

4. Программист робототехники – разрабатывает программное обеспечение для роботов, согласно их назначению. Также участвует в сервисном обслуживании, осуществляет запуск и отладку инновационных механизмов.

5. Специалист 3D-моделирования – совмещает в себе навыки визуализатора и модельера. В обязанности специалиста входит разработка трёхмерных моделей робототехники.

6. Разработчик приложений – занимается созданием функциональных приложений для дистанционного управления робототехникой.

7. Педагог специальности «Робототехника» – может заниматься обучением школьников, студентов профильных вузов, преподавать на продвинутых или подготовительных курсах, вести курсы повышения квалификации, участвовать в семинарах и лекциях.

Где обучают робототехнике в России?

Вузы, готовящие специалистов по робототехнике:

1. Московский технологический университет (МИРЭА, МГУПИ, МИТХТ) – www.mirea.ru

2. Московский государственный технологический университет «Станкин» – www.stankin.ru

3. Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана – www.bmstu.ru

4. Национальный исследовательский университет «МЭИ» – mpei.ru

5. Сколковский институт науки и технологий – sk.ru

5. Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II – www.miit.ru

6. Московский государственный университет пищевых производств – www.mgupp.ru

7. Московский государственный университет леса – www.mgul.ac.ru

Дистанционные курсы:

Первый российский вуз, запустивший онлайн-курсы обучения робототехнике. На данный момент студенты и ученики старших классов могут записаться на два потока: «Практическая робототехника» и «Основы робототехники».

2. Просветительский проект «Лекториум» – www.lektorium.tv

Проводит онлайн-курсы по основам робототехники для старшеклассников, студентов и специалистов.

3. Образовательная программа Intel – www.intel.ru

Клубы и кружки для подростков:

Университет Innopolis запустил в трёх регионах России программу обучения школьников.

2. Клуб «РОБОТРЕК» в Саратове – робототехника-саратов.рф

3. «Лига роботов» в Москве – obraz.pro

4. Учебный центр Edu Craft в Москве – www.edu-craft.ru

5. Клубы My Robot в Санкт-Петербурге – hunarobo.ru

6. Академия робототехники в Краснодаре – www.roboticsacademy.ru

7. Лаборатория робототехники Политехнического музея Москвы – www.roboticsacademy.ru

Полный список кружков и клубов во всех городах России можно найти на сайте: edurobots.ru .

Таким образом, люди любого возраста и специальности имеют возможность в кратчайшие сроки освоить навыки создания автоматизированных систем. Практически на всех курсах обучения выдают сертификат, подтверждающий факт приобретения слушателем теоретических и практических знаний по разработке робототехники.

Сегодня занятия робототехникой становятся очень популярными. Школьникам такие уроки помогают сформировать и развить критическое мышление, научиться творчески подходить к процессу решения задач различного уровня сложности, а также получить навыки работы в команде.

Новое поколение

Современное образование переходит на новый виток своего развития. Многие педагоги и родители ищут возможность заинтересовать детей наукой, привить любовь к обучению и зарядить желанием творить и мыслить неординарно. Традиционные формы изложения материала уже давно утратили свою актуальность. Новое поколение не похоже на своих прародителей. Они хотят учиться живо, интересно, интерактивно. Это поколение легко ориентируется в современных технологиях. Дети хотят развиваться так, чтобы не только идти в ногу со стремительно развивающимися технологиями, но и непосредственно участвовать в этом процессе.

Многие из них интересуются: «Что такое робототехника? Где этому можно учиться?».

Образование и роботы

Эта учебная дисциплина включает в себя такие предметы, как конструирование, программирование, алгоритмику, математику, физику и другие дисциплины, связанные с инженерией. Ежегодно проводится World Robotics Olympiad (всемирная олимпиада по робототехнике - WRO). В образовательной сфере - это массовое соревнование, позволяющее лучше узнать, что такое робототехника для тех, кто впервые сталкивается с подобным предметом. Оно дает возможность попробовать свои силы участникам более чем из 50 стран. На соревнования съезжаются порядка 20 тысяч команд, в состав которых входят дети от 7 до 18 лет.

Основная цель WRO: развитие и популяризация НТТ (научно-технического творчества) и робототехники в молодежной и детской среде. Подобные олимпиады являются современным образовательным инструментом XXI века.

Новые возможности

Чтобы дети лучше понимали, что такое робототехника, на соревнованиях применяются теоретические и практические навыки, полученные на занятиях в рамках клубной работы и школьной программы по изучению естественно-научных предметов и точных наук. Увлеченность робототехнической дисциплиной постепенно перерастает в желание глубже узнать такие науки, как математика, физика, информатика и технологии.

WRO - это уникальная возможность для ее участников и наблюдателей не только узнать глубже что такое робототехника, но и развить в себе навыки творчества и критического мышления, которые так необходимы в XXI веке.

Обучение

Интерес к образовательной дисциплине робототехнического направления растет с каждым днем. Материальная база постоянно улучшается и развивается, многие идеи, еще недавно остававшихся мечтой - сегодня реальность. Изучение предмета «Основы робототехники» стало возможным для большого числа детей. На уроках ребята учатся решать задачи с ограниченными ресурсами, обрабатывать и усваивать информацию, а также использовать ее в правильном русле.

Дети учатся легко. Современное подрастающее поколение, воспитывающееся на различных гаджетах, как правило, не имеет трудностей в освоении дисциплины «Основы робототехники», при условии наличия желания и тяги к новым знаниям.

Нужно что даже взрослых людей сложнее переучивать, чем научить чистые, но жаждущие детские умы. Положительной тенденцией есть колоссальное внимание к популяризации робототехники в молодежной среде со стороны правительственных органов России. И это понятно, так как задача модернизации и привлечения молодых специалистов - это вопрос конкурентоспособности государства на международной арене.

Важность предмета

Сегодня актуальным вопросом Министерства образования стоит введение образовательной робототехники в круг школьных дисциплин. Она считается важным направлением развития. На уроках технологии дети должны получать представления о современной сфере развития техники и конструирования, которые дают им возможность самим придумывать и строить. Не обязательно всем ученикам становиться инженерами, но возможность должна быть у каждого.

Вообще, уроки робототехники крайне интересны детям. Это важно понимать всем - и учителям, и родителям. Такие занятия дают возможность увидеть другие дисциплины в ином свете, понять смысл их изучения. А ведь именно смысл, понимание того, зачем это нужно, движет умами ребят. Его отсутствие сводит на нет все усилия учителей и родителей.

Важным фактором является то, что обучение робототехнике - процесс не напрягающий и всецело поглощающий детей. Это не только развитие личности ученика, но и возможность уйти от улицы, неблагоприятной обстановки, праздного времяпровождения и влекущих за ним последствий.

Происхождение

Само название робототехники происходит от соответствующего английского robotics. Это прикладная наука, которая занимается разработкой технических автоматизированных систем. На производстве она является одной из главных технических основ интенсификации.

Все законы робототехники, как и сама наука, тесно связаны с электроникой, механикой, телемеханикой, механотроникой, информатикой, радиотехникой, электротехникой. Сама робототехника подразделяется на промышленную, строительную, медицинскую, космическую, военную, подводную, авиационную и бытовую.

Понятие «робототехника» впервые в своих рассказах использовал писатель-фантаст Это было в 1941 году (рассказ «Лжец»).

Само слово «робот» придумали в 1920 году чешский писатели и его брат Йозеф. Оно вошло в научно-фантастическую пьесу «Россумские универсальные роботы», которая была поставлена в 1921 году и пользовалась большим зрительским успехом. Сегодня можно наблюдать, как линия, обозначенная в пьесе, получила широкое развитие в свете научно-фантастической кинематографии. Суть сюжета: хозяин завода занимается разработкой и наладкой выпуска большого числа андроидов, способных работать без отдыха. Но эти роботы в итоге восстают против создателей.

Исторические примеры

Интересно, что зачатки робототехники появились ещё в античные времена. Об этом свидетельствуют останки движущихся статуй, которые были изготовлены в I веке до н.э. Гомер писал в «Илиаде» о сотворенных из золота служанок, способных говорить и мыслить. Сегодня разум, которым наделяют роботов, получил название - искусственный интеллект. Кроме того, древнегреческому инженеру-механику Архиту Тарентскому приписывают разработку и создание механического летающего голубя. Это событие датируется приблизительно 400 годом до н.э.

Таких примеров большое множество. Они хорошо раскрыты в книге Макарова И.М. и Топчеева Ю.И. «Робототехника: история и перспективы». В ней в популярной форме рассказано об истоках современных роботов, а также очерчена робототехника будущего и соответствующее развитие человеческой цивилизации.

Типы роботов

На современном этапе важнейшими классами роботов широкого назначения являются мобильные и манипуляционные.

Мобильный — это автоматическая машина с движущимся шасси и управляемыми приводами. Эти роботы могут быть шагающими, колёсными, гусеничными, ползающими, плавающими, летающими.

Манипуляционный — это автоматическая стационарная или передвижная машина, состоящая из манипулятора с несколькими степенями подвижности и программным управлением, выполняющим двигательные и управляющие функции в производстве. Такие роботы бывают в напольном, портальном или подвесном виде. Наибольшее распространение они получили на приборостроительных и машиностроительных производствах.

Способы перемещения

Большое распространение получили колёсные и гусеничные роботы. Перемещение шагающего робота представляет нелегкую задачу динамики. Такие роботы пока не могут иметь устойчивого движения, присущего человеку.

Относительно летающих роботов можно сказать, что большинство современных самолётов как раз ими являются, но управляются они пилотами. В то же время автопилот может контролировать полёт на всех стадиях. К летающим роботам относятся и их подкласс - крылатые ракеты. Такие аппараты имеют небольшой вес и выполняют опасные миссии, вплоть до ведения огня по команде оператора. Кроме того, есть проектные аппараты, способные к самостоятельному ведению огня.

Существуют летающие роботы, использующие методы движения, которые используют пингвины, медузы и скаты. Этот способ перемещения можно увидеть у роботов Air Penguin, Air Ray, Air Jelly. Их производит компания Festo. А вот роботы RoboBee используют методы полёта насекомых.

Среди ползающих роботов есть ряд разработок, подобных по перемещению червям, змеям и слизням. При этом робот использует силы трения на шероховатой поверхности или кривизну поверхности. Подобное перемещение полезно для узких пространств. Такие роботы нужны для поиска людей под обломками разрушенных зданий. Змееподобные роботы способны к перемещению в воде (такие, как ACM-R5 производства Японии).

Перемещающиеся по вертикальной поверхности роботы, используют такие подходы:

подобные человеку, который взбирается на стену с выступами (Стэнфордский робот Capuchin);
подобные гекконам, снабжённых вакуумными присосками (Wallbot» и Stickybot).

Среди плавающих роботов существует много разработок, перемещающимся по принципу подражания рыбам. Эффективность такого движения на 80% превосходит эффективность движения с гребным винтом. Подобные конструкции имеют низкий уровень шума и высокую маневренность. Этим они вызывают большой интерес у исследователей подводного пространства. К таким роботам относятся модели Эссекского университета - Robotic Fish и Tuna, разработанный институтом Field Robotics. Они смоделированы по движению, характерному для тунца. Среди роботов, имитирующих движение ската известна разработка фирмы Festo: Aqua Ray. А робот, движущийся как медуза, - это Aqua Jelly от того же разработчика.

Кружковая работа

Большинство кружков по робототехнике ориентированы на начальную и среднюю школу. Но и дети дошкольного возраста не обделены вниманием. Главную роль здесь играет развитие творчества. Дошкольники должны научиться мыслить свободно и воплощать свои идеи в творчестве. Именно поэтому занятия по робототехнике в кружках для детей до 6 лет направлены на активное использование кубиков и простых конструкторов.

Школьная программа, безусловно, усложняется. Она дает возможность познакомится с различными классами роботов, попробовать себя на деле, углубиться в науку. Новые дисциплины раскрывают потенциальные возможности ребенка для получения профессиональных навыков и знаний в выбранной области инженерии.

Робототехнические комплексы

Современное развитие робототехники находится в такой стадии, что, кажется, вот-вот произойдет мощный рывок в робототехнологиях. Это так же, как с видеосвязью и мобильными гаджетами. Еще недавно все это казалось недоступным для массового потребления. А сегодня - это обыденность, переставшая удивлять. Зато каждая выставка робототехники показывает нам фантастические проекты, которые захватывают дух человека от одной только мысли об их внедрении в жизнь общества.

В системе образования позволяют реализовать программу с применением проектной деятельности именно комплексные установки из роботов, среди которых популярны:

Управление

По типу управления системы бывают:

биотехническими (командные, копирующие, полуавтоматические);
автоматические (программные, адаптивные, интеллектуальные);
интерактивные (автоматизированные, супервизорные, диалоговые).

К основным задачам управления роботами относятся:

планирование движений и положений;
планирование сил и моментов;
идентификация динамических и кинематических данных;
анализ динамической точности.

Большое значение в сфере робототехники имеет развитие методов управления. Это важно для технической кибернетики и теории автоматического управления.