документ - МБУ ДОД ЦВР Истоки.Официальный сайт.

Опыт преподавания образовательной робототехники в дополнительном
образовании детей
автор: Ермакова Ирина Васильевна,
педагог дополнительного образования
МБУ ДОД ЦВР «Истоки», г. Челябинск
Особенностью образовательной робототехники в дополнительном
образовании, с одной стороны,
является: необходимость увлечь,
заинтересовать детей, найти индивидуальный подход к каждому ребёнку;
стимулирование интереса к сфере инноваций и высоких технологий; развитие у
детей навыков практического решения актуальных инженерно-технических
задач; необходимость раскрыть полный потенциал каждого, реализуя те или
иные методы обучения; С другой стороны, это - наиболее современное
направление, объединяющее различные области технических знаний и наук,
требующее изучения программирования, алгоритмизации, конструирования и
электротехники, а также владение компьютером и компьютерными
программами.
Для этого необходимо учитывать: занятия проводятся для
воспитанников разного возраста и различного уровня подготовки,
загруженность детей школьной программой, нехватка времени. Поэтому
расписание занятий необходимо подстроить под школьное: должны быть
группы, приходящие утром, и группы, приходящие днем. Вечером или в
воскресенье могут ходить совместные группы, готовящиеся к какому-либо
соревнованию. В группе должно быть 8-12 человек, не более. Иначе
невозможно будет работать со всеми индивидуально. Длительность занятия
может составлять: 2-3 урока (1,5-2,5 часа), количество занятий: 2 раза в неделю.
На каждом занятии необходимо разбирать роботов, пересчитывать детали.
Полную проверку конструкторов можно проводить после соревнований (или
раз в месяц).
Материально-техническое оснащение включает в себя: просторный
кабинет (компьютерный класс) с проектором, доступом в интернет,
необходимым количеством компьютеров (из расчета один на 2 человека),
ноутбуков для выездных соревнований, робототехнических наборов (из расчета
один на 2 человека), место для тренировок, поля для соревнований.
По всем языкам и средам программирования удобно организовывать
учебные курсы: набор занятий, в рамках которых изучаются базовые
возможности и приемы работы. Расширенные, дополнительные, возможности
изучаются в процессе подготовки к состязаниям и конкурсам. Учебный курс
необходимо делить на тематические занятия: одно занятие = одна тема
и обеспечивать методическим материалом для самостоятельной работы (на
случай, если кто-то из детей пропустил занятие, не успел на прошлом или
пришел в середине учебного года).
NXT-G стоит использовать хотя бы первые полгода. Он обладает очень
низким порогом вхождения и дает представление о возможностях робота,
позволяет изучить довольно сложные приемы работы.
RoboLab возможно эффективно изучать с воспитанниками от 10 лет. Он
так же обладает низким порогом вхождения, абсолютной наглядностью,
требует от программиста большей аккуратности и собранности, обладает
высокой точностью выполнения программ на роботе.
В дополнительном образовании особо важно мотивировать детей на
учебную и творческую деятельность. Соревнования способны в этом
значительно помочь: простое стремление быть лучшим среди сверстников
вызывает у них стремление учиться, работать над ошибками и т.д.
Например, тренировочное поле выглядит так:
Цель: закрепить навыки решения распространенных заданий, встречаемых
на соревнованиях. Например:
 Следование по траектории с различные усложнениями (инверсия,
изгибы, разрывы)
 Ориентирование на траектории (перекрестки, тупики)
 Преодоление препятствий (горки, кочки, барьеры, объезд банки)
 Транспортировка предметов (перетаскивание, подъем)
 Сортировка предметов
При подготовке модели робота к соревнованиям можно придерживаться,
например, такому плану:
1. Изучить регламент (требования к конструкции и программе, принцип
судейства)
2. Составить план подготовки (обозначить крайний срок)
3. Подобрать идеи решения (свой/чужой опыт, Интернет)
4. Проанализировать идеи решения заданий (плюсы и минусы)
5. Сделать эскиз (схема реализации)
6. Сделать конструкцию (согласно приоритету): основные механизмы,
второстепенные механизмы (проверить работу с помощью программы) и
контроллер (микрокомпьютер NXT)
7. Составить программу (согласно приоритету)
8. Протестировать и выявить слабые места
9. Исправить программу
Во время подготовки к соревнованиям воспитанники ищут наиболее
быстрые и эффективные методы решения задач, то есть учатся анализировать и
выбирать лучшее по необходимым признакам, самостоятельно изучают
дополнительный материал. При этом желательно поощрять победителей,
участников с нестандартными решениями.
Схема реализации модели робота для данного поля может быть следующей:
№
1
Задача
Перемещение по полю
(движение по траектории)
Конструкция
2 мотора
Программа
Блоки управления моторами
2
Ориентирование по
траектории
2 датчика
освещенности
Алгоритм движения по
траектории (П-регулятор)
3
Изгиб траектории
2 датчика
освещенности
Алгоритм движения по
траектории (П-регулятор)
4
Разрывы траектории
2 датчика
освещенности
Алгоритм движения по
траектории (П-регулятор)
5
Барьеры
Колеса, гусеницы
Увеличение мощности моторов
6
Горка
Устойчивость
Увеличение мощности моторов
7
Кочки
Колеса, гусеницы
Увеличение мощности моторов
8
Захват и транспортировка
шарика:
Обнаружение
Захват
Транспортировка
Датчик (расстояния)
Манипулятор
Контейнер для
хранения
Блоки работы с датчиками
Блоки управления моторами
9
Объезд препятствия
Обнаружение
Объезд
Датчик (расстояния)
Моторы, датчики
(освещенности)
Блоки работы с датчиками
Блоки управления моторами
При подготовке команды к соревнованиям дети должны досконально
знать своего робота и программу.
До отъезда подготавливается все
необходимое оборудование: устанавливается ПО на ноутбуки, записываются
программы на флэш-карты, тестируется и выбирается робот, датчики,
двигатели. Обговаривается и репетируется поведение участников до и во время
заезда: сборка робота из деталей, ожидание команд от судьи «на старт» и
«пуск», ожидание окончательного решения судьи у поля, порядок подачи
апелляции и претензии и т.д. При подготовке к соревнованиям необходимо
сразу заботиться не только о точности выполнения задания, но и о скорости.
При подготовке творческих проектов особое внимание стоит уделять теме: она
должна быть актуальной, интересной, достаточно сложной, иметь неизвестные
элементы и приемы (то есть быть «на вырост»).
Для развития конструкторской памяти, логики можно использовать
различные задания на конструирование, например, на подготовительном этапе:
найди все возможные способы соединения деталей, придумай новый способ
крепления деталей, собери простую модель по памяти, найди 10 отличий между
2 простыми моделями и т. п.; на этапе воспроизведения конструкции модели:
определи, что поменялось, найди лишнюю деталь, добавить деталь в
конструкцию, собери без детали (убрать деталь из конструкции) и т.д.; на
завершающем этапе: выполнение дополнительных заданий, определение
границ возможностей (например, максимальная высота подъема и т.д.).
Для развития навыков программирования и понимания алгоритма есть
задания на программирование, например, на подготовительном этапе: определи
разницу между двумя программами, на этапе тестирования программы: найди
ошибку в программе или определи, что поменялось в поведении робота, на
завершающем этапе: выполнение дополнительных заданий и определение
границ возможностей, «гибкости» программы.
В заключении хочу дать несколько советов тренеру команды (выдержки
из руководства тренера по направлению Jr.FLL):
• В Jr.FLL дети принимают все важные решения при разработке и
реализации проектов.
• Взаимное доверие и уважение – важнейший принцип для создания
благоприятной обучающей среды. Должно быть услышано мнение
каждого ребенка
• Вдохновляйте детей на самостоятельный поиск решений; это –
важная часть процесса построения команды. Это рождает творческие
идеи и приводит к хорошо продуманным решениям. Когда вы ведете
обсуждение или вносите предложение, дайте шанс участникам команды
проявить себя.
• В мире инженеров простые решения гораздо более востребованы, нежели
сложные. В сложном решении слишком много компонентов, которые
могут отказать, гораздо сложнее ремонт, выше затраты и более сложное
управление.
• Навязывая свое решение, вы оказываете плохую услугу вашей команде.
Помните, что дети должны думать самостоятельно, и вы не должны
игнорировать даже самые отчаянные идеи.
Вдохновляйте вашу команду на эксперименты: позволяйте детям делать
выбор из нескольких вариантов решения.