ПРОГРАММА курса внеурочной деятельности «Основы робототехники» для 3-х классов
методическая разработка (3 класс)

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

школа № ___

Красносельского района Санкт-Петербурга

ПРОГРАММА

курса внеурочной деятельности

«Основы робототехники»

для 3-х классов

на ____ учебный год

Направление: общеинтеллектуальное 

Возраст: 9-10 лет

Срок реализации: 1 год

Количество часов:   68 часов

Педагог, должность: Минеева Людмила Игоревна, методист

Санкт-Петербург

Пояснительная записка

Программа по курсу ВУД «Основы робототехники» для обучающихся начальных классов составлена на основании Положения о разработке программы курса внеурочной деятельности ГБОУ №___.

Актуальность

                      Образовательная программа внеурочной деятельности детей «Основы робототехники» является программой   общеинтеллектуальной направленности. Робототехника является одним из важнейших направлений научно-технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.

           Изучение основ робототехники очень перспективно и важно именно сейчас. За последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Роботы широко используются в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в хирургии, в военной промышленности, при проведении лабораторных исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и товаров народного потребления. Переход экономики России на новый технологический уклад предполагает широкое использование наукоёмких технологий и оборудования с высоким уровнем автоматизации и роботизации.  Робототехника – это сегодняшние и будущие инвестиции и, как следствие, новые рабочие места.

      Курс направлен на формирование творческой личности, живущей в современном мире. Технологические наборы LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств.

Новизна данной программы

        На занятиях дети учатся, играя и, играя, - учатся! Ребята в игровой форме развивают инженерное мышление, получают практические навыки при сборке робота. В ходе сборки школьник учится ориентироваться в чертежах, рационально организовывать работу. Образовательная программа внеурочной деятельности по программе «Основы робототехники» направлена на поддержку среды для детского научно-технического творчества и обеспечение возможности самореализации учащихся. Современная школа меняется: важна не сумма тех знаний, которые получит ученик, а важен личностный рост.  Поэтому содержание программы направлено и на создание условий для развития личности ребенка, развитие мотивации личности к познанию и творчеству, обеспечение эмоционального благополучия ребенка, приобщение обучающихся к общечеловеческим ценностям и знаниям, интеллектуальное и духовное развитие личности ребенка.

Целью программы является обучение воспитанников основам робототехники, программирования. Развитие творческих способностей в процессе конструирования и проектирования.

Задачи программы:

Образовательные

• Дать знания о конструкции робототехнических устройств
• Ознакомление учащихся с комплексом базовых технологий, применяемых при создании роботов
• Научить приемам сборки и программирования робототехнических устройств
• Решение учащимися ряда кибернетических задач, результатом каждой из которых будет работающий механизм или робот с автономным управлением

Развивающие

• Развитие мелкой моторики, внимательности, аккуратности и изобретательности
• Развитие креативного мышления и пространственного воображения учащихся
• Организация и участие в играх, конкурсах и состязаниях роботов в качестве закрепления изучаемого материала и в целях мотивации обучения
• Развивать творческую инициативу и самостоятельность

Воспитательные

• Повышение мотивации учащихся к изобретательству и созданию собственных роботизированных систем
• Формирование у учащихся стремления к получению качественного законченного результата
• Формирование навыков проектного мышления, работы в команде

Педагогическая целесообразность программы внеурочной деятельности ориентирована на выполнение требований к содержанию внеурочной деятельности школьников, а также на интеграцию и дополнение содержания предметных программ. Конструирование роботов – это требование времени.  Для сегодняшних продвинутых школьников это востребовано, интересно.  Дети – неутомимые конструкторы, их технические решения остроумны и оригинальны. Очень важно вовремя определить, направить и развивать творческий технический потенциал детей, предоставить все возможности для формирования и развития их инженерного мышления и профессиональной ориентации. Модели, которые, собирают дети, служат отличным обучающим материалом. Учебные занятия по робототехнике способствуют развитию детского воображения и творческих способностей, накоплению полезных знаний, формированию абстрактного и логического мышления, конструкторских, инженерных и общенаучных навыков.  Помогают по-другому посмотреть на вопросы, связанные с изучением естественных наук, информационных технологий и математики.  Способствует развитию речи, пространственной ориентации, обеспечивают вовлечение учащихся в научно-техническое творчество и дают возможность по максимуму реализовать творческие способности. Содержание и структура программы «Робототехника» направлены на формирование устойчивых представлений о робототехнических устройствах как едином изделии определенного функционального назначения и с определенными техническими характеристиками, а также на развитие исследовательских качеств личности. Актуально воспитание личности с креативным мышлением, обладающей базовыми техническими умениями, но способной применить их в нестандартной ситуации. Поэтому задача школы дать ребёнку возможность не только получить готовое, но и открывать что-то самостоятельно.

В программе «Робототехника» включены содержательные линии:

- аудирование - умение слушать и слышать, т.е. адекватно воспринимать инструкции;

- чтение – осознанное самостоятельное чтение языка программирования;

- говорение – умение участвовать в диалоге, отвечать на заданные вопросы, создавать монолог, высказывать свои впечатления;

- пропедевтика – круг понятий для практического освоения детьми, с целью ознакомления с первоначальными представлениями о робототехнике и программирование;

- творческая деятельность - конструирование, моделирование, проектирование.

Общая характеристика программы

Программа рассчитана на один год обучения.

Программа рассчитана для учащихся 3 классов.

Общее количество - 68 учебных часа (34 учебные недели)

Внеурочная деятельность является составной частью учебно-воспитательного процесса и одной из форм организации свободного времени учащихся. Воспитание на занятиях школьных курсов внеурочной деятельности осуществляется преимущественно через:

• вовлечение школьников в интересную и полезную для них деятельность, которая предоставит им возможность самореализоваться в ней, приобрести социально значимые знания, развить в себе важные для своего личностного развития социально значимые отношения, получить опыт участия в социально значимых делах;
• формирование в кружках, секциях, клубах, студиях и т.п. детско-взрослых общностей, которые могли бы объединять детей и педагогов общими позитивными эмоциями и доверительными отношениями друг к другу;
• создание в детских коллективах традиций, задающих их членам определенные социально значимые формы поведения;
• поддержку школьников с ярко выраженной лидерской позицией и установкой на сохранение и поддержание накопленных социально значимых традиций;
• поощрение педагогами детских инициатив и детского самоуправления.

Программа реализуется в форме кружка.

КОДИФИКАТОР УНИВЕРСАЛЬНЫХ УЧЕБНЫХ ДЕЙСТВИЙ

Содержание программы

1. Инструктаж по ТБ

Теория: Знакомство с конструктором ЛЕГО. ТБ при работе с деталями. Правила сборки  комплектов конструктора. ТБ при работе с компьютером.

2. Введение: информатика, кибернетика, робототехника

Теория-практика: Развитие наук, путь от компьютера к роботу. Входной тест. Построение простейшей модели. Элемент соревнования.

3. Основы конструирования

Теория: Простейшие механизмы. Названия и принципы крепления деталей.  Виды не моторизированного транспортного средства. Рычаг. Зубчатая передача: прямая, коническая, червячная. Передаточное отношение. Ременная  передача, блок. Колесо, ось. Центр тяжести. Измерения.

Практика: решение практических задач и принципы крепления деталей. Построение «фантастического» животного. Строительство высокой башни. Конструирование механизмов, передач и подбор и  расчет передаточного отношения. Построение не моторизированного транспортного средства

             3.1.  Названия и принципы крепления деталей. Хватательный механизм

             3.2.  Принцип устойчивости конструкций. Башни.

             3.3. Виды механической передачи. Зубчатая и ременная передача. Передаточное отношение

             3.4. Повышающая передача. Волчок

             3.5. Понижающая передача. Силовая « Крутилка »

             3.6 Редуктор. Осевой редуктор с заданным передаточным отношением

             3.7. «Механическое Сумо» Зачет

4. Моторные механизмы

Теория:  Виды моторизованного транспортного средства. Механизмы с использованием электромотора и батарейного блока. Роботы-автомобили, тягачи, простейшие шагающие роботы. 

Практика: Конструирование механизмов и роботов.

1.  Стационарные моторные механизмы
2.  Одномоторный гонщик
3.  Преодоление горки
4.  Робот-тягач
5.  Сумотори
6.  Шагающие роботы
7.  Маятник Капицы

    4.8. Зачет

5. Трехмерное моделирование

Теория: Знакомство с трехмерным моделированием. Зубчатая передача

Практика: Создание трехмерных моделей конструкций из Lego

5.1. Введение в виртуальное конструирование. Построение зубчатой передачи.

5.2. Построение простейших моделей.

6. Введение в робототехнику

Теория: Знакомство с контроллером NXT и RCX. Встроенные программы. Датчики. Среда программирования. Стандартные конструкции роботов. Колесные, гусеничные и шагающие роботы. Решение простейших задач. Цикл, Ветвление, параллельные задачи.

Практика: Конструирование  и программирование моделей.

1. Знакомство с контроллером NXT и RCX.

2. Одномоторная тележка.
3. Встроенные программы.
4. Двухмоторная тележка.
5. Датчики.
6. Среда программирования.
7. Колесные, гусеничные и шагающие роботы.
8. Решение простейших задач.
9. Цикл, Ветвление, параллельные задачи.
10. Виды соревнований: Кегельринг
11. Следование по линии
12. Путешествие по комнате

7. Основы управления роботом

Теория: Эффективные конструкторские и программные решения классических задач. Эффективные методы программирования: регуляторы, события, параллельные задачи, подпрограммы, контейнеры и пр.

Практика: Конструирование, программирование  и тестирование моделей.

1. Релейный регулятор
2. Пропорциональный регулятор
3. Защита от застреваний
4. Траектория с перекрестками
5. Пересеченная местность
6. Обход лабиринта
7. Анализ показаний разнородных датчиков
8. Синхронное управление двигателями
9. Робот-барабанщик

8. Удаленное управление

Теория: Управление роботом через bluetooth.

Практика: Программирование моделей.

1. Передача числовой информации
2. Кодирование при передаче
3. Управление моторами через bluetooth
4. Устойчивая передача данных

9. Игры роботов

Теория:  Изучение правил игры в боулинг, футбол, баскетбол, командные игры с использованием инфракрасного мяча и других вспомогательных устройств. Использование удаленного управления. Простейший искусственный интеллект. Проведение состязаний, популяризация новых видов робо-спорта. 

Практика: Проведение игр.

9.1. «Царь горы»

9.2. Управляемый футбол роботов

3.  Футбол с инфракрасным мячом (основы)

10. Состязания роботов

Теория: Подготовка команд для участия в состязаниях роботов различных уровней. Регулярные поездки. Использование микроконтроллеров NXT и RCX. 

Практика: Проведение состязаний. Поездки на соревнования роботов различных уровней.

1.   Сумо
2.   Перетягивание каната

       10.3    Кегельринг

10.4   Следование по линии

10.5   Слалом

10.6   Лабиринт

11. Творческие проекты

Теория: Разработка творческих проектов на свободную тематику. Одиночные и групповые проекты.

Практика: Работа с проектами Правила дорожного движения

11.1 Роботы-помощники человека

11.2 Роботы-артисты

11.3 Свободные темы.

Календарно-тематическое планирование

программы ВУД «Основы робототехники»

1 год обучения

Ожидаемые результаты 

В соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом основного общего образования внеурочная деятельность, как и направлена на решение задач воспитания и социализации учащихся.

Методы  достижения  результатов

Эксперименты и задания организованы так, что в основе каждого нового задания используется часть предыдущего. Поэтому, выполняя задания, изучается что-то новое и при этом используется опыт, полученный ранее. Задания построены от простого к сложному..

• Движение от простого к сложному: много общих задач для начинающих
• Активное вовлечение детей в состязания, конференции, выставки, поездки
• Дополнительные творческие задания
• Поощрение, стимулирование

Внеурочная деятельность – это образовательная деятельность, осуществляемая в формах, направленная на достижение школьниками личностных, метапредметных  и предметных результатов. Ведущей идеей модернизации образования сегодня на всех уровнях от общего до высшего профессионального является компетентностно-деятельностные его результаты, которые проявляются в способности выпускников каждого уровня образования к адекватной адаптации в современных динамичных ритмах социально-экономической сферы. В качестве стратегической задачи ставится постепенный переход на компетентностную основу в оценивании результативности процесса обучения. Компетентностный подход в образовании есть не что иное, как целевая ориентация учебного процесса на формирование определенных компетенций. Ученику важно не просто уметь что-то делать, но необходимо хотеть делать и быть готовым делать. Компетентностный подход также предполагает: согласование цели обучения, поставленные педагогами, с собственными целями учащихся; увеличение доли индивидуального самообразования, переноса внимания к способам; работы с информацией, групповому распределению нагрузок и изменению мотивации; подготовку учащихся к успеху в жизни через применение знаний и умений в жизненных ситуациях. Формирование жизненного опыта вводятся в рамки учебного процесса как его значимые элементы; обеспечение на практике единства учебного и воспитательного процессов, когда одни и те же задачи разносторонней подготовки к жизни решаются различными средствами урочной и внеурочной деятельности, что приводит учащийся к пониманию значимости собственной культуры для его жизни. Ценностным ориентиром при реализации данной программы должен стать ребенок развивающийся, а не развиваемый.  

Личностные, метапредметные и предметные результаты изучения курса «Основы робототехники»

Личностные результаты (к личностным результатам освоения курса можно отнести):

− критическое отношение к информации и избирательность её восприятия;
− осмысление мотивов своих действий при выполнении заданий;
− развитие любознательности, сообразительности при выполнении разнообразных заданий проблемного и эвристического характера;
− развитие внимательности, настойчивости, целеустремленности, умения преодолевать трудности – качеств весьма важных в практической деятельности любого человека;
− развитие самостоятельности суждений, независимости и нестандартности мышления;
− воспитание чувства справедливости, ответственности;
− начало профессионального самоопределения, ознакомление с миром профессий, связанных с робототехникой.

Метапредметные результаты

Регулятивные универсальные учебные действия:
− принимать и сохранять учебную задачу;
− планировать последовательность шагов алгоритма для достижения цели;
− формировать умения ставить цель – создание творческой работы, планировать достижение этой цели;
− осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату;
− адекватно воспринимать оценку учителя;
− различать способ и результат действия;
− вносить коррективы в действия в случае расхождения результата решения задачи на основе ее оценки и учета характера сделанных ошибок;
− в сотрудничестве с учителем ставить новые учебные задачи;
− проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве;
− осваивать способы решения проблем творческого характера в жизненных ситуациях;
− оценивать получающийся творческий продукт и соотносить его с изначальным замыслом, выполнять по необходимости коррекции либо продукта, либо замысла.

Познавательные универсальные учебные действия:

− осуществлять поиск информации в индивидуальных информационных архивах учащегося, информационной среде образовательного учреждения, в федеральных хранилищах информационных образовательных ресурсов;
− использовать средства информационных и коммуникационных технологий для решения коммуникативных, познавательных и творческих задач;
− ориентироваться на разнообразие способов решения задач;
− осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных признаков;
− проводить сравнение, классификацию по заданным критериям;
− строить логические рассуждения в форме связи простых суждений об объекте;
− устанавливать аналогии, причинно-следственные связи;
− моделировать,  преобразовывать объект из чувственной формы в модель, где выделены существенные характеристики объекта (пространственно-графическая или знаково-символическая);
− синтезировать,  составлять целое из частей, в том числе самостоятельное достраивание с восполнением недостающих компонентов;
− выбирать основания и критерии для сравнения, сериации, классификации объектов;

Коммуникативные универсальные учебные действия:

− аргументировать свою точку зрения на выбор оснований и критериев при выделении признаков, сравнении и классификации объектов;
− выслушивать собеседника и вести диалог;
− признавать возможность существования различных точек зрения и права каждого иметь свою;
− планировать учебное сотрудничество с учителем и сверстниками — определять цели, функций участников, способов взаимодействия;
− осуществлять постановку вопросов — инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации;
− разрешать конфликты – выявление, идентификация проблемы, поиск и оценка альтернативных способов разрешения конфликта, принятие решения и его реализация;
− управлять поведением партнера — контроль, коррекция, оценка его действий;
− уметь с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;
− владеть монологической и диалогической формами речи.

Предметные результаты

По окончании обучения учащиеся должны
знать:
- правила безопасной работы;
- основные компоненты конструкторов ЛЕГО;
- конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;
- компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;
- виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;
- конструктивные особенности различных роботов;
- как передавать программы NXT;
- как использовать созданные программы;
- приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.;
- основные алгоритмические конструкции, этапы решения задач с использованием ЭВМ.

уметь:
- использовать основные алгоритмические конструкции для решения задач;
- конструировать различные модели; использовать созданные программы;
- применять полученные знания в практической деятельности;

владеть:
- навыками работы с роботами;
- навыками работы в среде ПервоРобот NXT.

В результате освоения программы учащиеся научатся строить роботов и управлять ими.

     Ожидаемым результатом всей деятельности является повышение интереса и мотивации учащихся к учению, развитие умения моделировать и исследовать процессы, повышение интереса к  естественным наукам, информатике и математике среди учащихся 5 - 6 классов.

УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММЫ 

Методическое обеспечение программы внеурочной деятельности 

Перечень методического обеспечения:

Печатные пособия: 

ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ УЧАЩИХСЯ:

1. Копосов Д.Г., Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов
2. Копосов Д.Г., Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь для 5-6

классов / Д.Г.Копосов – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012 – 87 с.

   3.      Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. С-Пб, «Наука», 2011г.

ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ педагога:

1. Руководство пользователя ПервоРобот NXT Lego mindstorms education.
2. Копосов Д.Г., Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов
3. Копосов –М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012 – 286 с.
4. Копосов Д.Г., Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь для 5-6

классов / Д.Г.Копосов – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012 – 87 с.

5. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей. С-Пб, «Наука», 2011г.

Видео-, аудиоматериалы:

1. Руководство пользователя ПервоРобот NXT Lego mindstorms education         

2. Компакт-диски: “Индустрия развлечения”.

3. Интерактивный практикум ROBOLAB.

4. Перворобот NXT. Введение в робототехнику. Книга проектов. CD –диск. LEGO, Carnegie Mellon Robotics Academy, 2007

Цифровые ресурсы:

1. Сайт разработчиков конструктора ПервоРобот NXT Lego mindstorms

education [Электронный ресурс]. Режим доступа:        

2. http://www.mindstorms.su

• http://www.gruppa-prolif.ru/content/view/23/44/
• http://robotics.ru/
• http://moodle.uni-altai.ru/mod/forum/discuss.php?d=17
• http://ar.rise-tech.com/Home/Introduction 
• http://www.prorobot.ru/lego/robototehnika_v_shkole_6-8_klass.php
• http://www.prorobot.ru/lego.php
• http://robotor.ru

Оборудование:

Для реализации программы в кабинете должно иметься следующее оборудование:

1. Набор для изучения робототехники LEGO Mindstorms –  базовых и  резервных;
2. Дополнительные датчики.
3. Зарядные устройства, аккумуляторы
4. Персональный компьютер  с установленной программой;
5. Мультимедийный проектор -1 шт.;
6. Интерактивная доска;
7. Презентация (ЦОР «Основы робототехники»)
8. Технологические карты;
9. Принтер – 1 шт.;
10. Мультимедиа проектор – 1 шт.;
11. Поля для соревнований роботов.