Статья "Основы образовательной робототехники на уроках физики"

11

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Гимназия № 31»

Тема:

«Основы образовательной робототехники на уроках физики»

Работу выполнила:

Милютина Юлия Викторовна

учитель физики высшей категории

МАОУ «Гимназия № 31» г. Перми

Конт. телефон: 89127885666

Электрон. почта: [email protected]

Пермь, 2017

Содержание

1. Введение. Актуальность использования робототехники в техническом образовании.

2. Встраивание элементов робототехники в современный урок.

3. Разработка практической работы по физике с элементами робототехники по теме «Измерение скорости».

4. Выводы.

5. Литература.

1. Введение. Актуальность использования робототехники в техническом образовании.

Сегодня в мире используются десятки миллионов роботов. Нет такой области человеческой деятельности, в которой человек не попытался создать себе автоматического помощника. Уже в ближайшем будущем развитие роботов значительно изменит образ жизни человека, требуя от человека нового уровня мышления, нового уровня проектирования и обслуживания современного оборудования. По мнению экспертов, в ближайшее время в робототехнике произойдут революционные изменения, и роботы станут такими же доступными, как сейчас компьютеры. Практически каждый из нас сегодня имеет дело с домашними роботами. Мы программируем бытовых роботов при выборе последовательности действий стиральной машины или задания записи телепередачи с телевизора. Каждый современный автомобиль включает в себя роботизированные системы. Мы можем встретить роботов на кухне, в медицинском кабинете, в поезде и магазине. Даже лифт является роботом, в программировании которого мы принимаем участие.

В настоящее время вопросам включения в образовательное пространство изучения основ робототехники во всем мире уделяется достаточно внимания. Основная задача при этом состоит в том, чтобы охватить как можно больше молодёжи с целью привлечения её к науке и инженерному делу.

Робототехника - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем и являющаяся важнейшей технической основой роста производства.

Актуальность развития робототехники в сфере образования обусловлена необходимостью подготовки инженерно-технических кадров для промышленных отраслей. В связи с этим перед сферой образования встаёт задача включения робототехники в различные уровни учебного процесса.

1. Встраивание элементов робототехники в современный урок.

Изучение робототехники тесно связано с изучением в начальной школе математики, окружающего мира, в основной и старшей школе - физики, химии, геометрия, ОБЖ, информационных технологий. Конструкторы LEGO зарекомендовали себя как образовательные продукты во всем мире.

Успешному использованию Lego-конструкторов в образовательном процессе способствуют такие особенности как:

 универсальность: возможность использования в начальном, основном общем и среднем (полном) общем образования;

 метапредметность: использование на уроках и во внеурочной деятельности естественнонаучного и гуманитарного циклов;

нетрадиционность: конструкторы развивают творческие, исследовательские, нешаблонные способы деятельности.

В связи с внедрением Федеральных государственных образовательных стандартов (ФГОС) нового поколения одним из возможных вариантов изменения форм организации современного учебного процесса является встраивание робототехники в различные составляющие учебного процесса: подготовка и проведение демонстрационного эксперимента, создание экспериментальных установок для лабораторных и исследовательских работ, выполнение проектов по разным предметам учебного плана.

Анализ и обобщение имеющегося опыта работы позволил выделить следующие направления использования роботов в преподавании физики:

1. Робот как объект изучения. Изучение физических принципов работы датчиков, двигателей и других систем конструктора.

2. Робот как средство измерения в традиционном эксперименте. Датчики базового конструктора и дополнительные виды датчиков (Vernier, HiTechnic и др.) используются как измерительная система в физическом эксперименте с обработкой и фиксацией его результатов в различных видах.

3. Робот как средство постановки физического эксперимента (роботизированный эксперимент). Комплексное использование двигателей, систем оповещения, датчиков, робототехнического конструктора в демонстрационном и лабораторном эксперименте.

4. Робот как средство учебного моделирования и конструирования. Применение образовательной робототехники в проектно-исследовательской и конструкторской работе учащихся.

1. Разработка практической работы по физике с элементами робототехники по теме «Измерение скорости».

ЦЕЛЬ: овладеть практическими навыками измерения скорости тела по величине его перемещения и времени движения.

ЗАДАЧИ:

• Формирование новых понятий.

• Актуализация знаний.

• Применение новых знаний к решению практических задач.

• Развитие конструкторских и вычислительных навыков.

ФОРМИРУЕМЫЕ УУД:

• Личностные: принимать и сохранять учебную цель и задачу.

• Регулятивные: способность ставить новые учебные цели и задачи.

• Познавательные: формирование представлений о скорости и её измерении.

• Когнитивные: умение аргументировать свою точку зрения.

УЧЕБНИК: Перышкин А. В. «Физика 7 класс».

ОБОРУДОВАНИЕ: Компьютер (1 ПК на 2-х учащихся), свободный выход в Интернет; конструктор Lego Mindstorms 9797, рабочие бланки, инструкции по сборке; линейка (или рулетка); калькулятор.

Теоретическая часть

1. Равномерное прямолинейное движение.

Рассматривая движение каких-либо тел, мы всегда отмечаем: на самолете добраться до нужного места можно гораздо быстрее, чем на поезде; автомобиль движется быстрее велосипедиста и т.п.

Движение различных тел происходит с разной быстротой.

Для характеристики быстроты и направления движения тела служит векторная величина, называемая скоростью.

Обозначается скорость буквой V, а время движения буквой t. Таким образом, скорость тела при равномерном движении — это величина, равная отношению пути ко времени, за которое этот путь пройден.

В системе «СИ» за основную единицу скорости принят м/с (метр в секунду): [V]=[м/с]. Скорость равномерного движения, равная 1 м/с, показывает, что тело за 1 с проходит путь длиной в 1 м. [V]=[м/с] — это производная единица, её получают согласно формуле скорости, подставляя вместо физических величин, входящих в формулу, единицы их измерения.

Ход работы

1. Модель трех (или четырех) колесной тележки – робота.

Для этого можно использовать инструкцию по созданию робота-пятиминутки здесь: http://www.prorobot.ru/lego/robot_5minutka.php

Либо вы можете придумать и собрать конструкцию собственного робота на колесах.

Задача: Открыть наборы Lego Mindstorms 9797 и создать модель робота.

2. Составление программы для измерения скорости движения.

Можно использовать следующую программу:

Задача:

- Открыть ноутбуки.

- Загрузить среду программирования Lego Mindstorms NXT 2.0

- Создать программу по образу на рисунке.

- Загрузить программу в блок NXT.

3. Проверка правильности выполнения программы.

Задача:

- Запустите выполнение программы в блоке NXT.

- Убедитесь, что робот едет по прямой траектории, не виляет.

- Проверьте, чтобы на экране показывается значение скорости робота.

Условия эксперимента:

1. Соберите трех (или четырех) колесную тележку. Обязательно с двумя моторами.

2. Используются моторы B и С.

3. Время движения робота: 5 секунд.

1 часть

4. Запустите робота. Каково значение скорости на экране робота ____см/с?

5. Возьмите рулетку (или линейку). И измерьте расстояние.

6. Каково расстояние, пройденное роботом за 5 секунд? ____см

7. Возьмите калькулятор и вычислите скорость робота. Все вычисления

запишите ниже.

8. Чему равна вычисленная вами скорость движения робота? __см/с.

9. Сравните эту скорость с тем, что вы видели на экране монитора блока NXT.

10. Запишите вашу гипотезу о причинах отличия результатов:

1. Чтобы избежать погрешности, выполните пункты 4-8 еще 2 раза и результаты запишите в таблицу.

1. Вычислите среднее арифметическое значение скорости по формуле:

Где V1, V2, V3 – значения скорости в 4 и 5 столбцах таблицы.

Результат запишите ниже:

1. Выполните измерения скорости робота для четырех значений мощности мотора. Результаты запишите в таблицу.

1. Сделайте вывод: как зависит скорость движения робота от мощности мотора?

1. Выводы.

Важнейшей отличительной особенностью стандартов нового поколения является их ориентация на результаты образования, причем они рассматриваются на основе  системно-деятельностного подхода. Деятельность выступает как внешнее условие развития у ребенка познавательных процессов. Образовательная задача состоит в организации условий, провоцирующих детское действие. Такую стратегию обучения легко реализовать в образовательной среде LEGO, которая объединяет в себе специально скомпонованные для занятий в группе комплекты ЛЕГО, тщательно продуманную систему заданий для детей и четко сформулированную образовательную коцепцию.

Опыт показывает, что внедрение робототехники в образовательный процесс способствует развитию коммуникативных способностей учащихся, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает творческий потенциал. Учащиеся лучше понимают принципы действия различных механизмов, когда они что-либо самостоятельно создают или изобретают.

1. Литература

1. Вахрушев Д.И. «Встраивание элементов робототехники в современный урок: проблемы и перспективы».

2. Глухов П.П. «Макетирование образования будущего на основе проектной деятельности». // Профессиональное самоопределение молодежи инновационного региона: проблемы и перспективы: сборник статей по материалам научно-практической конференции / под общей ред. Смоляниновой О.Г., член-корр. РАО, д.п.н., проф. – Красноярск, 2013.

3. Дмитриева О.А. «Анализ состояния и проблемы использования леготехнологий на уроках физики». Источник: http://www.prodlenka.org/

4. Ершов М.Г. «Возможности использования образовательной робототехники в преподавании физики». XXI век — время молодых. Материалы четвертой открытой научно - практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 19 мая 2011г., г. Пермь: ПГПУ, 2011. Источник: http://www.moluch.ru/