Внеурочная деятельность по физике с использованием основ робототехники
статья по физике (7 класс)

Статья

Внеурочная деятельность по физике с использованием основ робототехники.

В данной статье хочу предоставить опыт организации внеурочной деятельности по предмету «физика» с использованием робототехники.

Почему с использованием робототехники?

Внеурочная деятельность – это, прежде всего, развивающая деятельность. Она направлена на достижение планируемых результатов, личностное развитие обучающихся (ценности, ценностные отношения, ценностное поведение).

Образовательная робототехника дает возможность на ранних шагах выявить технические наклонности учащихся и развивать их в этом направлении. Робототехнику можно использовать в начальном, основном общем и среднем (полном) общем образовании.

Одним из ведущих принципов организации внеурочной работы по физике является тесная связь c обязательными занятиями по физике. Эта связь проявляется в том, что опорой внеурочной работы по физике являются знания и умения учащихся, приобретенные на уроках. Кроме того, все формы внеурочной деятельности направлены на развитие интереса учащихся к физике, на постепенное расширение круга учащихся, интересующихся физикой и ее практическими приложениями.

В процессе работы дети задают вопросы «А что если…?», делают предположения или выдвигают гипотезы, испытывают созданные модели, записывают результаты и представляют свои открытия.

Физика – теоретическая основа для проведения экспериментов с помощью моделей, конструкций, создаваемых c помощью конструкторов LEGO.

Например, демонстрируемые на физике опыты, которые иллюстрируют некоторые законы, будут иметь возможность изучения не на готовом реквизите или с помощь чисто теоретической базы, а роботизированных механизмов, собранных самими учениками.

Это позволяет не только подготовить обучающихся к восприятию нового материала, но и развить познавательный интерес к изучаемому предмету, усилить и упростить понимание тех или иных закономерностей и явлений, изучаемых в дисциплине. Ведь куда проще понять изучаемое явление или закон, если своими руками осознанно собрано устройство, демонстрирующее их.

С педагогической точки зрения, использование конструкторов имеет ряд важных достоинств. Во - первых, это стимулирование мотивации учащихся к получению знаний. При работе с Lego-конструктором учащийся видит плоды своей работы и имеет возможность применить полученные знания на практике. Кроме того, работа по созданию робота предполагает активную творческую деятельность ребёнка. Это реализуется через решение нестандартных для учащегося задач и большое количество вариантов решения.

Во - вторых, это развитие интереса учащихся к технике, программированию и конструированию. Использование подобных конструкторов в образовательном процессе ведет к популяризации профессии инженера, а также прививает учащимся интерес к робототехнике.

В-третьих, это формирование навыков программирования, развитие логического и алгоритмического мышления. В условиях информатизации образования остро встаёт необходимость поиска новых подходов к развитию алгоритмических умений школьников. Дети с легкостью осваивают новые компьютерные программы, без инструкций разбираются в настройках сотовых телефонов и других технических устройств.

Используемые формы внеурочной деятельности

-творческие проектно-конструкторские работы учащихся,

-участие в конкурсах и научно-практических конференциях, включая их дистанционные и сетевые формы реализации;

Определяют следующие педагогические цели использования робототехники в преподавании физики:

1) демонстрация возможностей робототехники как одного из ключевых направлений научно-технического прогресса;

2) демонстрация роли физики в проектировании и использовании современной техники;

3) повышение качества образовательной деятельности: - углубление и расширение предметного знания развитие экспериментальных умений и навыков, - совершенствование знаний в области прикладной физики, - формирование умений и навыков в сфере технического проектирования, моделирования и конструирования;

4) развитие у детей мотивации изучения предмета, в том числе познавательного интереса;

5) усиление предпрофильной и профильной подготовки учащихся, их ориентация на профессии инженерно-технического профиля.

Таким образом, можно выделить следующие положительные стороны использования элементов робототехники на внеурочных занятиях, включающих демонстрационный физический эксперимент, а также на лабораторных занятиях по физике:

1. Обработка результатов измерения физических величин может быть запрограммирована и проведена в автоматическом режиме при выполнении программы.

2. Исключаются случайные ошибки измерения, связанные с использованием органов чувств человека при измерении: со скоростью реакции человека, глазомером, восприятием событий на слух и т.д.

3. Непрерывный мониторинг значения физической величины в ходе эксперимента в течение указанного промежутка времени и с регулируемой частотой снятия показаний датчика от единичного измерения за всё время эксперимента до нескольких десятков раз в секунду.

#1044;анные эксперимента выводятся на экран на протяжении всего хода эксперимента в виде численных значений, числовой шкалы с указателем, таблиц значений и графиков функций.

5. График, полученный в результате эксперимента, а также инструменты для его исследования дают дополнительные возможности для анализа закономерностей физического процесса.

На внеурочных занятиях по робототехнике обучающиеся имеют возможность подтвердить теоретический материал на более высоком уровне. Так, например, изучая в 7 классе по физике тему «Сила трения», учащиеся на уроках проводят опыты с использованием динамометра на разных поверхностях различной гладкости и набора брусков. На занятиях же по робототехнике обучающиеся в игровой форме с использованием датчика касания, сервомоторов, блока и ИКТ - технологий имеют возможность графически проследить силу трения в зависимости от гладкости поверхности и скорости перемещения брусков. Кроме того, данные измерений после переноса в электронную таблицу, можно считать с монитора компьютера и выявить физические закономерности.

Занятия предполагают определенную цикличность:

Создание проблемной ситуации  конструирование  проведение опыта  рефлексия  развитие  защита мини проекта.

Создание проблемной ситуации.

Этап занятия, на котором предоставляется возможность детям сформулировать проблему и найти наилучший способ ее решения через самостоятельный поиск информации и получить ответ на поставленные научно-технические вопросы.

Конструирование.

На этапе конструирования учащиеся создают модели, в которых заложены основные концепции для проведения опыта. При этом учитель направляет учеников в исследованиях и решениях задач.

Проведение опыта.

На данном этапе происходит апробирование созданных обучающимися инженерных конструкций в реальной ситуации на опыте.

Рефлексия.

Обучающиеся включаются в процесс самоанализа, оценки своей деятельности, опираясь на уже приобретенный опыт. Вопросы учителя наводят обучающихся на размышления о том, над чем они работали до сих пор и какие новые идеи выдвинуть для решения задачи. Организуется обсуждение проекта, воплощение своих идей.

Развитие.

Этап развития - этап усовершенствования своих моделей, добавления различных функций к своим моделям, приспособлениям, инструментам.

Защита мини проекта

Особое место на занятиях отводится защите созданных обучающимися продуктов (моделей, проектов). Формы организации представления созданных продуктов различны: презентация, схемы, соревнования и т.п.

Различные детали конструктора позволяют раскрыть разные темы курса физики, изучить явления и закономерности. Например, электродвигатель поможет разобраться в принципе работы двигателя переменного тока. А блоки, винтовая и червячная передача наглядно продемонстрируют золотое правило механики.

Хорошо просматривается связь учебных задач практически каждой темы курса физики с изучением устройства и принципа действия различных робототехнических систем.

Реализовать предложенное изучение можно разными способами. Первый способ (демонстрационный).

Следует первоначально пояснить учащимся устройство робототехнической конструкции, предъявляемой им для изучения. Затем обсуждаются физические основы работы ее элементной базы. Далее демонстрируется функционал робота на его действующей модели. Данным способом, например, могут изучаться роботы, предназначенные для подводных исследований. Физика их основного функционала вполне доступна пониманию учащихся. Можно продемонстрировать роботизированные установки для физического эксперимента (например, для изучения закономерностей колебания пружинного маятника, явления резонанса, законов сухого трения и др.). Учитель при обсуждении эксперимента обязательно разъясняет физические основы работы элементной базы этих установок.

Второй способ (проектный). После изучения одной из учебных тем курса физики перед учащимся ставится задача предложить идею конструкции и собрать модель конкретного робота. Например, это может быть модель ядерного реактора. Данная модель должна демонстрировать некоторые элементы устройства реактора, а также процессы передачи тепла в его энергоблоке.

фронтальный лабораторный и демонстрационный.

Физический эксперимент является не столько средством наглядности, сколько необходимой базой и инструментом развития способностей обучающихся.

Изучение физических законов и явлений на основе постановки демонстрационных опытов и использования робототехнических наборов, позволяет формировать и развивать у ребят умения наблюдать, выдвигать гипотезы и планировать свою деятельность в соответствии с ходом эксперимента.

Планируемые результаты при внедрении физики на занятиях по робототехнике:

1. знание: простейших основ архитектуры (устойчивость конструкций, прочность соединения); простых механизмов; устройства мира, природы и всех процессах, которые в ней происходят;
2. умение работать с простыми физическими приборами (термометр, весы и т.п.),

Таким образом, изучение физических законов на занятиях направлено на осмысление явлений и процессов, происходящих в повседневной жизни: природе, технике, быту.

На уроках физики робототехнику можно применять для лабораторных, практических работ и опытов, а также для исследовательской проектной деятельности при изучении разделов: «Физика и физические методы изучения природы», «Механические явления», «Тепловые явления», «Электрические и магнитные явления», «Электромагнитные колебания и волны».