Курс «Введение в робототехнику" в начальной школе.
статья по теме

Курс  «Введение в  робототехнику"  в начальной школе.

     Вот уже  более 10 лет в нашей школе ведутся занятия на базе дополнительного образования «Ведение в робототехнику» и «Робототехника».

       С того момента как школа получила необходимое оснащение, а это 12 конструкторов на базе процессора RCX, начались наши первые попытки приобщить большое количество детей к совместному робототехническому творчеству.

       Так, как в программе предмета «Технология» нет раздела, в котором возможно изучение «Робототехники», хотя это было бы логично и появилась бы возможность не создавать программу «неделимых» классов по технологии, а предложить мальчикам заняться азами робототехники, некоторые учителя включают модули по робототехнике в рабочую программу по технологии.

     Мы же пошли другим путём, предложив программу по робототехнике осваивать в отделении дополнительного образования.

   В программу включено  изучение робототехники вплотную с программированием, и это даёт возможность знакомить ребят с робототехническими конструкторами непосредственно при изучении программирования - линейных алгоритмов, ветвлений, циклов.

      На наших занятиях мы широко применяем  принцип проектной деятельности, при этом результаты работы учащихся могут быть в полной мере представлены в виде проекта, в котором необходимо обозначить все проделанные шаги: от поставленной задачи по созданию робота до проводимых экспериментов с созданной конструкцией.

Необходимо отметить, что самый подходящий и наиболее часто используемый робототехнический конструктор в начальной школе - Lego WeDo. Хотя это далеко не единственный вариант материального обеспечения занятий. К примеру, сегодня на рынке существует линейка интересных корейских робототехнических конструкторов Huna, которые оснащены разнообразными датчиками и предполагают программирование собираемых роботов в визуальной скретч-подобной среде.

После приобритения школой наборов конструкторов  Lego WeDo, курс «Робототехника» дополнился программой для начальной школы «Ведение в робототехнику». что позволило собирать по инструкции и программировать довольно большое  число моделей .

      На сборку каждой модели требуется обычно одно-два занятия в зависимости от сложности конструкции и метода организации представления работы детьми. Также это зависит и от индивидуальных особенностей ребят, от темпа работы группы в целом. Практика показывает, что работа в паре может быть медленне, чем работа в индивидуальном режиме, как это ни парадоксально. Это может произойти, если ребята не очень хорошо общаются между собой, не умеют распределить обязанности. В результате они тратят много энергии на налаживание взаимодействия друг с другом. Бывает, что напарники дублируют работу друг друга, не глядя, что делает каждый. Однако, есть опыт, при котором пары работают слаженно, особенно хорошо получается работа, если пару составляют мальчик и девочка. Тогда мальчик конструирует, а девочка подбирает детали. Иногда, уже к концу курса, ребята могут собрать и две несложных модели за одно занятие.

         Немаловажную роль при вхождении в робототехнику играют и занятия конструированием дома. Перед началом учебного года мы проводим родительские собрания, где подробно рассказываем о нашей программе, оснащении робототехническими наборами и предлагаем взаимодействие и сотрудничество для более успешного овладения учебным материалом и хорошей полготовки к проводимым соревнованиям.

     Учащиеся нашей школы постоянно принимают участие в соревнованиях различного уровня от районных до международных и неизменно побеждают или занимают призовые места.

Очень  важно представлять, кто из ребят может проявить творческий подход и креативность на занятиях робототехникой. Возможно, они уже готовы проектировать модели роботов самостоятельно, либо представляют работу некоторых технических устройств. К таким детям необходим особый подход, при котором нужно, не заглушая креативности, научить работать по инструкции, выполнять конкретные задачи, добиваться поставленных целей, не уходя в сторону, не заигрываясь. Все эти особенности педагогу нужно обязательно иметь в виду, разрабатывая программу занятий по робототехнике.

     Занятия должны включать работу по изучению сред программирования, знакомство с деталями конструктора, а также со способами передачи энергии на простых моделях, конструирование моделей по образцу, написание программ, их отладку и тестирование. Следует заложить в рабочую программу и время на подготовку презентации проекта: опыт говорит о том, что иногда ребята, занимающиеся робототехникой более двух лет, с трудом могут рассказать о созданных ими моделях, объяснить публично принцип работы. Также необходимо предусмотреть, в какой момент можно будет перейти к работе без инструкций по сборке и превратить занятия в проекты, где ребята сами будут искать решение творческих задач.

    Рассмотрим, какие занятия можно включить в курс робототехники, преподаваемый в рамках дополнительного образования, работы с использованием Lego WeDo. Конечно же, сюда войдут модели, предлагаемые Lego, а ещё полнее курс будет с учётом всего сказанного выше. В основу программы могут лечь рекомендации из книги Lego Education WeDo Teacher's Guide. Мне помогли разработки коллег из Санкт-Петербурга , в частности курсы в ФМЛ №239, проводимые Филипповым С.А.  и районные семинары Титовой Н.В.
1. Знакомство с деталями конструктора и средой программирования. Мотор и ось. Программирование работы мотора.
2. Простейшие конструкции на основе мотора и оси: модель вентилятора, модель электродрели и т.п.
3. Сборка модели "Танцующие птицы" по инструкции. Наблюдение за работой ременной передачи.
4. Шкивы и ремни. Прямая и перекрёстная ременная передача. Ведущие и ведомые колёса. Выявление зависимости скорости вращения шкива от его размеров.
5. Построение одномоторной машинки с использованием ременных передач. Гоночные соревнования.
6. Сборка и программирование модели "Чёртово колесо". Включение в модель датчика расстояния.
7. Изучение работы датчика расстояния. Программные блоки для управления при помощи датчика расстояния. Сборка модели "Умная вертушка" по образцу. Наблюдение за вращением разноцветного волчка и смешением цветов. Использование таймера в программе. Проведение соревнований вращающихся вертушек.
8. Зубчатые колёса, принцип работы зубчатых передач. Эксперименты с зубчатыми передачами на повышение и понижение скорости. Передаточные числа. Изменение направления вращения при использовании зубчатых передач. Промежуточное зубчатое колесо и холостая передача. Знакомство с механизмами, использующими зубчатую передачу.
9. Кулачковый механизм. Поступательное и вращательное движение. Сборка модели "Обезьянка-барабанщица" по инструкции.
10. Сборка модели "Летящий дракон", использующей две пары кулачковых механизмов. Звуки в программе.
11. Сборка модели "Лягушка", использующей кулачковый механизм и зубчатую передачу.
12. Творческое занятие по проектированию одномоторной машинки, использующей зубчатую передачу (без инструкции, с опорой на материалы предыдущего занятия). Гоночные соревнования.
13. Коронная зубчатая передача. Изменение направления вращения. Построение модели "Голодный аллигатор" по инструкции. Управление роботом с использованием данных, поступающих с датчика расстояния. Ожидание в программе.
14. Коронная зубчатая передача. Изменение скорости вращение. Построение модели "Рычащий лев" по инструкции. Датчик наклона. Управление роботом с использованием данных, поступающих с датчика наклона.
15. Изучение режимов работы датчика наклона. Использование датчика наклона в программе. Построение модели "Самолёт" по инструкции. Использование датчика случайных чисел.
16. Продолжение работы с датчиком наклона. Проект "Порхающая птица". Управление роботом с клавиатуры.
17. Блоки Цикл, Прибавить к экрану, Вычесть из экрана. Создание программ с использованием этих возможностей для выбранной модели робота
18-20. Создание моделей "Вратарь", "Нападающий", "Ликующие болельщики" согласно инструкциям. Знакомство с этапами программирования: постановка задачи, написание программы, тестирование, отладка.
21. Экспериментальные исследования дальности удара и результативности голов. Знакомство с технологией проведения эксперимента. Понятие вероятности, частоты. Обработка результатов.
22. Простые механизмы: блок и рычаг. Проект "Спасение великана". Экспериментальная работа: подбор параметров в программе.
23. Сборка модели "Непотопляемый парусник" по инструкции. Корректировка программы с учётом конструктивных особенностей модели.
24. Коронная зубчатая передача. Модель электрической зубной щётки. Проект "Цветок Венерина мухоловка".
25. Продолжение работы с коронной зубчатой передачей. Модель "Весёлая карусель".
26. Червячная передача. Моделирование и программирование мельницы. Запись звука, использование созданных звуковых файлов в программе.
27. Понижающие передачи в модели "Гигантские качели". Вывод текста на экран. Смена фона.
28. Проектирование машинки с двумя моторами. Маркировка моторов.
29. Изучение совместной работы рычага и кулачков на примере модели трамбовщика.
30-33. Индивидуальные проекты. Примерные темы:
а) Грузопассажирский лифт: принцип работы, моделирование, конструирование, сборка, программирование;
б) Разработка и программирование модели кондиционера, работающего в разных режимах;
в) Луноход (марсоход): фукционирование, назначение, проектирование, сборка, программирование;
г) Пожарная машина, работающая в автоматическом режиме;
д) Электронные часы;
е) Автоматическая кормушка для домашних животных;
ж) Элементы "умного" дома: сигнализация, смарт-звонок, контролируемое освещение.
34. Защита проектов.