ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНОАППАРАТНЫХ КОМПЛЕКСОВ И ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКТОРОВ В УРОЧНОЙ (ВНЕУРОЧНОЙ) ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В УСЛОВИЯХ ВНЕДРЕНИЯ ФГОС Каширин Дмитрий Алексеевич, Руководитель Центра развития научно-технического творчества Программно-аппаратный комплекс — это специализированное портативное электронновычислительное устройство, обладающее широкими функциональными возможностями. Предназначено для непосредственной автоматической цифровой обработки сигналов в режиме реального времени. Устройство позволяет осуществлять операции аналогового и цифрового ввода-вывода сигналов с различных измерительных устройств (датчиков) и обмен данными с внешними устройствами. Может использоваться автономно (без подключения к ПК) или как интерфейс для ПК. Возможности использования ПАК Урочная деятельность: • Демонстрационные эксперименты • Фронтальные лабораторные работы • Экспериментальные задачи • Предметные практикумы Внеурочная деятельность: • Проектная деятельность • Учебно-исследовательская деятельность • Игровая деятельность Программно-аппаратные комплексы • «Цифровые образовательные лаборатории» • Образовательные конструкторы с «умным кирпичиком» Преимущества «цифровых лабораторий» перед классическими измерительными приборами • Система сбора данных ЦОЛ имеет лучшие характеристики по точности измерения и возможность подключения большего количества датчиков, что позволяет проводить более сложные опыты • Программное обеспечение ЦОЛ имеет большие возможности обработки и визуализации информации, позволяет вывести на экран всю необходимую информацию по подготовке, проведению и интерпретации опытов • ЦОЛ выполнен в современном дизайне, имеет небольшие габариты и вес, надежную систему подключения датчиков Цифровые лаборатории Образовательный конструктор с «умным кирпичиком» Проектная деятельность Особенности проектной деятельности • Цели и задачи этих видов деятельности учащихся определяются как их личностными мотивами, так и социальными. • Проектная деятельность должна быть организована таким образом, чтобы учащиеся смогли реализовать свои потребности в общении со значимыми, референтными группами одноклассников, учителей и т.д. • Организация проектных работ школьников обеспечивает сочетание различных видов познавательной деятельности. Этапы работы над проектом • Планирование • Аналитический этап - Уточнение и формулировка задач - Поиск и сбор информации - Обработка полученной информации • Обобщение информации • Представление полученных результатов работы - Презентация - Оформление проектной папки Цели первичного обмена мнениями: 1. Стимулирование потока идей Для наиболее успешной организации обсуждения учителю рекомендуется: • • • • продумать ситуацию, которая могла бы дать толчок дискуссии, определяющей направление исследований; продумать возможные способы мотивирования учащихся к проектной деятельности; продумать средства наглядности во время дискуссии; продумать вопросы, стимулирующие учащихся к выдвижению интересных, но реально осуществимых проектов. Цели первичного обмена мнениями: • акцентировать внимание учащихся на общей теме проекта, на • • • • подтемах, на их взаимосвязи, ходе и сроках выполнения работы над проектом; подвести учащихся к проблеме или «втянуть в ситуацию», стимулирующую стремление к самостоятельному исследованию; выявить склонности, интересы, возможности учащихся; проявить внимание к высказанным учениками идеям, воздерживаясь, по возможности, от собственных комментариев; сгруппировать и обобщить вместе с учащимися высказанные идеи в наиболее наглядной и понятной для них форме. Цели первичного обмена мнениями: 2. Определение общего направления проектной работы Когда определены все возможные направления исследований, учитель предлагает учащимся высказывать своё отношение к каждому. Затем учитель: • • • • выделяет наиболее удачные; определяет сроки, необходимые для получения конечных результатов; помогает ученикам сформулировать 5 – 6 связанных друг с другом подтем; продумывает вариант объединения выделенных подтем в единый проект. Цели первичного обмена мнениями: • изложить учащимся условия, необходимые для реализации • • • • • проекта (максимальное количество человек, разрабатывающих одну тему, сроки выполнения отдельных задач и т. п.); выделить несколько возможных направлений работы (особенно при большом количестве участников); определить поле деятельности для каждой группы и помочь найти необходимую информацию; завести журнал проекта (туда записываются: мероприятия, сроки, возникшие трудности, примечания и т. д.); подвести итоги первого этапа; на протяжение всей работы на этапе планирования предоставлять инициативу учащимся, выполняя роль консультанта и помощника но не диктатора условий. Аналитический этап Этот этап самостоятельного проведения проекта, получения и анализа информации, во время которого каждый ученик: • Уточняет и формулирует собственную задачу, исходя из цели проекта в целом и задачи своей группы в частности. • Ищет и собирает информацию, учитывая: - собственный опыт; - результаты обмена информацией с другими учащимися, учителями, родителями, консультантами и т. д. - сведения, полученные из специальной литературы, Интернета и т.д.; - анализирует и интерпретирует полученные данные. Уточнение и формулировка задач • Во время работы над проектом необходимо, чтобы каждая группа и каждый ее член четко понимали свою собственную задачу, поэтому рекомендуется оформить стенд, на котором были бы вывешены: общая тема проекта, задачи каждой группы, списки членов групп, консультантов, ответственных и т.д. Такой стенд способствует также осознанию каждым учащимся ответственности за выполняемую работу перед остальными участниками проекта. Поиск и сбор информации На данном этапе учащиеся получают навыки поиска информации, ее сравнения, классификации; установления связей и проведения аналогий; анализа и синтеза; работе в группе, координации разных точек зрения посредством: • личных наблюдений и экспериментирования; • общения с другими людьми (встречи, опросы); • работа с литературой (в том числе через Интернет). Обработка полученной информации • составить перечень возможных способов сбора и обработки • • • • информации в соответствии с темой и особенностями проекта; дать учащимся (если необходимо) алгоритмы способов работы с информацией (например, алгоритм проведения эксперимента, алгоритм поиска литературы в библиотеке, информации в сети Интернет и т.д.); составить список возможных источников информации, учитывая предоставленное учащимся время, материальные возможности и особенности проекта; предложить учащимся план работы с информацией; добиться того, чтобы каждая группа пришла к полному согласию относительно формулировки стоящей перед ней задачи и распределения работы между членами группы; Обработка полученной информации • акцентировать внимание учащихся на задачах каждой • • • • группе с тем, чтобы они могли осознанно обмениваться полученной информацией; помочь учащимся оценить достоверность и необходимость найденной информации; постоянно напоминать учащимся о целях сбора и необходимости анализа информации; проводить, по мере необходимости, общее обсуждение полученных результатов; проводить подведение итогов аналитического этапа в присутствии всех участников проекта. Обобщение информации Учащиеся: • систематизируют полученные данные; • объединяют в единое целое полученную каждой группой информацию; • выстраивают общую логическую схему выводов. • собирают модель. Обобщение информации • Учитель: • продумать возможные формы общения для совместного их • • • • • • обсуждения с учащимися; на совместном обсуждении составить список возможных форм обобщения итогов проекта (конференция, День науки, презентация в Интернете и т.д.); добиться согласия всех участников проекта относительно выбранной формы; обратить внимание участников проекта на те или иные способности каждого ученика, чтобы каждый осознал необходимость своего участия в работе; помочь группам обобщить полученные результаты, а также поделиться с товарищами знаниями и умениями, приобретёнными в процессе работы; выступать при необходимости инициатором общих и групповых сборов учащихся; составить совместно с учащимися план презентации: согласовать форму, определить участников, сроки, ответственного. Представление полученных результатов работы Презентация: • кратко, достаточно полно и лаконично (укладываясь в 10-12 минут) рассказать о постановке и решении задачи проекта; • демонстрировать понимание проблемы проекта, собственную формулировку цели и задач проекта, выбранный путь решения; • анализировать ход поиска решения для аргументации выбора способа решения; • демонстрировать найденное решение; • анализировать влияние различных факторов на ход работы над проектом; • проводить самоанализ успешности и результативности решения проблемы, адекватности уровня постановки проблемы тем средствам, с помощью которых отыскивалось решение. Представление полученных результатов работы • Оформление проектной папки позволяет: • четко организовать работу каждого участника • • • • проектной группы; стать удобным коллектором информации и справочником на протяжении работы над проектом; объективно оценить ход работы над завершенным проектом; судить о личных достижениях и росте каждого участника проекта на протяжении его выполнения; сэкономить время для поиска информации при проведении в дальнейшем других проектов, близких по теме. Представление полученных результатов работы • В состав проектной папки (портфолио) входят: • 1) паспорт проекта; • 2) планы выполнения проекта и отдельных его этапов; • 3) промежуточные отчеты группы; • 4) вся собранная информация по теме проекта, в том числе • • • • • • • необходимые ксерокопии, распечатки из Интернета; 5) результаты исследований и анализа; 6) записи всех идей, гипотез, решений; 7) отчеты о совещаниях группы, проведенных дискуссиях, «мозговых штурмах» и т. д. 8) краткое описание всех проблем, с которыми приходится сталкиваться, способов их преодоления. 9) эскизы, чертежи, наброски продукта; 10) материалы к презентации (сценарий); 11) другие рабочие материалы и черновики группы. Учебно-исследовательская деятельность Алгоритм учебного исследования: 1) формулирование темы; 2) аргументирование актуальности исследования; 3) формулирование проблемы исследования; 4) формулирование цели исследования; 5) постановка исследовательских задач; 6) формулирование гипотезы исследования; 7) выделение объекта и предмета исследования; 8) разработка плана исследования; 9) реализация плана исследования; 10) подготовка отчета проведенного исследования. Формулирование темы Здесь нужно будет подумать, в рамках какого раздела по предмету будет производиться исследование. Если эта область достаточно широка, постарайтесь её скорректировать. При этом тема должна быть интересной, интригующей, захватывающей и значимой для обучающегося. Аргументирование актуальности исследования • Под актуальностью исследования понимается объяснение важности, значимости результатов данного исследования для получения конкретных знаний, для развития исследовательских способностей учащихся, для удовлетворения любопытства, для подтверждения уже существующих доказательств и др. Формулирование проблемы исследования • Проблема (греч. problema - преграда, трудность, задача) - это вопрос или целый комплекс вопросов, возникший в ходе анализа ситуации, приведшей к исследованию, или в ходе самого исследования. Это противоречие, на которое направлено исследование. Проблема формулируется как противоречие, существующий барьер, неудобство из-за незнания, трудность для понимания темы в целом. Формулирование цели исследования постановка исследовательских задач. • Цель исследования - это понимание результата исследования, проекция на получение исследовательского продукта. • Задачи - это способы деятельности (действия исследователя) для достижения цели. Формулирование гипотезы исследования • Гипотеза исследования (греч. hypothesis - основание, научное предположение, версия) - краткое научное обоснование прогнозируемого результата исследователем. Гипотеза обычно заключается в формулу: «Если.., то», «При применении... мы получим...», «Чем..., тем...». Выделение объекта и предмета исследования • Объект исследования - это «то», на что направлена деятельность исследователя. Предмет исследования это конкретные характеристики, параметры, свойства, проявления объекта, которыми заинтересовали исследователя. Разработка плана исследования, реализация плана исследования • План исследования опирается на задачи исследования. В нём прописываются конкретные действия. Например: в течение какого-либо времени исследователь планирует собрать информацию по теме (первый пункт плана), затем консультируется у учителя (других учащихся) по поводу непонятной информации (второй пункт плана), далее относится к информации критически (третий пункт плана). Затем он может произвести обобщение данных каких-либо таблиц и схем по теме (четвёртый пункт плана) и т.д. (производит расчёты, выполняет практические задания, фиксирует обобщенные результаты) и т.п. Число пунктов чаще всего соответствует числу поставленных исследователем задач. Подготовка отчета проведенного исследования • Любое исследование считается законченным, если его автор не только реализовал предполагаемый план исследования, но и, проанализировав полученные результаты, обобщил их в форме отчета, доклада, реферата, графика, диаграммы с выводами. Он может быть дополнен презентациями, альбомами, стендами и всем, что уместно для каждого конкретного случая. Методы исследовательской деятельности • Эмпирические методы исследования: • Наблюдение • Описание объектов и явлений • Опыт (эксперимент) • Экспертиза • Индукция • Аналогия • Измерение Методы исследовательской деятельности • Теоретические методы исследования: • Анализ • Синтез • Формализация • Аксиоматика • Дедукция • Абстрагирование Для осуществления учебно-исследовательской деятельности обучающиеся должны овладеть следующими действиями: • постановкой проблемы и аргументированием её актуальности; • формулировкой гипотезы исследования и раскрытием замысла • • • • — сущности будущей деятельности; планированием исследовательских работ и выбором необходимого инструментария и методов исследования; собственно проведением исследования с обязательным поэтапным контролем и коррекцией результатов работ; оформлением результатов учебно-исследовательской деятельности как конечного продукта; представлением результатов исследования широкому кругу заинтересованных лиц для обсуждения и возможного дальнейшего практического использования. Игровая деятельность • Игра - наиболее доступный для детей вид деятельности, способ переработки полученных из окружающего мира впечатлений. В игре ярко проявляются особенности мышления и воображения ребенка, его эмоциональность, активность, развивающаяся потребность в общении. Формы игры в робототехнике: • одиночная игра – это деятельность одного игрока в системе имитационных моделей с прямой и обратной связью от результатов достижения поставленной или искомой цели (пример, самостоятельное решение задач при программировании робота и робототехнической системы по принципу шахматных задач «мат в два хода», игра с роботом); • парная игра – это игра одного человека с другим человеком, как правило, в обстановке соревнования и соперничества (пример, конструирование и программирование робота для гонок по линии); • групповая форма – есть игра двух (трех) и более соперников, преследующих одну и туже цель для системы имитационных моделей (пример, решение большинства задач осуществляется группой (командой) обучающихся); • коллективная форма – это групповая игра, в которой соревнование между отдельными игроками, заменяют команды соперников (пример, футбол роботов). Содержание политехнической компетенции обучающихся в школе целостное осмысление физической картины мира; понимание физики технических процессов и явлений природы; осознание логики работы простых механизмов; владение навыками практической деятельности в технической сфере; • умение выстраивать алгоритмы работы для решения определенных задач; • знание примеров экспериментальной деятельности; • личная предрасположенность к дисциплинам политехнического цикла самого обучающегося. • • • • Электроника Механика Программирование Курс «Робототехника» Цель курса: • Формирование политехнической компетенции обучающихся на основе организации учебноисследовательской (игровой) деятельности с использованием образовательных конструкторов при создании роботов и робототехнических систем. Задачи курса: • Сформировать знания, умения и навыки в области робототехники; • Развить познавательный интерес обучающихся; • Содействовать творческой самореализации обучающихся; • Способствовать социализации обучающиеся путем обогащения школьника обобщенным опытом индивидуализации его личности. Личностные результаты • • • • • • • формирование познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей обучающихся; формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и технологий; самостоятельность в приобретении новых знаний и практических умений; готовность к выбору жизненного пути в соответствии с собственными интересами и возможностями; формирование и развитие технического мышления; мотивация образовательной деятельности школьников на основе личностно ориентированного подхода; формирование ценностных отношений друг к другу, учителю, авторам открытий и изобретений, результатам обучения; формирование коммуникативной компетентности в процессе проектной, учебно-исследовательской, игровой деятельности. Метапредметные результаты • • • • • • • овладение составляющими исследовательской и проектной деятельности; умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности; овладение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности; умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач; формирование умений работать в группе с выполнением различных социальных ролей, представлять и отстаивать свои взгляды и убеждения, вести дискуссию; самостоятельная организация и выполнение различных творческих работ по созданию технических изделий; виртуальное и натурное моделирование технических объектов и технологических процессов. Предметные результаты • • • • • умение конструировать модели, использующие механические передачи, редукторы; умение конструировать мобильных роботов, используя различные системы передвижения; умение программировать контролер NXT и сенсорные системы; умение конструировать модели промышленных роботов с различными геометрическими конфигурациями; умение создавать и выполнять программы для решения несложных задач в выбранной среде программирования (NXT-G, RobotC, LabVIEW); владение формами учебно-исследовательской, проектной, игровой деятельности; планирование технологического процесса в процессе создания роботов и робототехнических систем. Три направления реализации курса: • инженерно-техническое; • естественнонаучное; • спортивное. Для системного освоения материала курс включает • Инвариантную часть содержания • Вариативные части содержания • Дополнительные части содержания УМК «Основы робототехники» Учебное пособие, рабочая тетрадь СОДЕРЖАНИЕ: • • • • • • • • • • Введение Глава 1. Язык программирования NXT-G Глава 2. Контроллер. Сенсорные системы. Глава 3. Работа с данными различных типов в NXT-G. Глава 4. Основы конструирования машин и механизмов LEGO TECHNIC Глава 5. Колесные системы передвижения роботов. Глава 6. Шагающие системы передвижения роботов. Глава 7. Манипуляционные системы. Словарь терминов. Список литературы. Методические рекомендации СОДЕРЖАНИЕ: ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В КУРС «РОБОТОТЕХНИКА» • § 1. Общая характеристика курса «Робототехника». • § 2. Описание курса «Робототехника» в учебном плане. • § 3. Результаты освоения курса «Робототехника». • § 4. Содержание инвариантной и вариативной части курса «Робототехника». ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В КУРСЕ «РОБОТОТЕХНИКА» • § 5. Проектная деятельность. • § 6. Учебно-исследовательская деятельность • §7. Игровая деятельность. ГЛАВА 3. ОРГАНИЗАЦИЯ ЗАНЯТИЙ ПО РОБОТОТЕХНИКЕ В ШКОЛЕ • §8. Материально-техническая база для курса «Робототехника» на основе использования образовательных конструкторов LEGO MINDSTORMS NXT. • § 9. Обзор языков программирования для образовательного конструктора LEGO MINDSTORMS NXT. • §10. Организационное и учебно-методическое сопровождение занятий по робототехнике в школе. ГЛАВА 4. СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЙ «ОСНОВЫ РОБОТОТЕХНИКИ» Особенность УМК «Основы робототехники» • Учебное пособие построено по принципу классического учебника в котором рассмотрена тема, в конце темы даны вопросы для самоконтроля, описаны задания для конструирования и программирования роботов в виде практических работ (56) и проектов (30). Особенность УМК «Основы робототехники» • Рабочая тетрадь – средство, которое позволяет проверить знания по усвоению языка программирования NXT-G, предназначена для выполнения практических работ и проектов. • Разработаны авторская рабочая программа, технологические карты, демонстрационное видео для занятий Центр развития научно-технического творчества • Каширин Дмитрий Алексеевич . 8(961)753-00-51 эл.почта: CRNTT@mail.ru kashirinda@inbox.ru т
Автор
1/--страниц