CC BY
15
Sorokin Alexey Nikolaevich EVOLUTION OF COMPETENCES ..
pedagogical sciences
УДК 378.147
DOI: 10.26140/bgz3-2019-0802-0021
ОСВОЕНИЯ КОМПЕТЕНЦИЙ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ РОБОТА ИЗ ДЕТАЛЕЙ БАЗОВОГО НАБОРА «LEGO MINDSTORMS EV3»
© 2019
Сорокин Алексей Николаевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики и информационных технологий, Балашовский институт Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (412300, Россия, Балашов, ул. Карла Маркса, 29, e-mail: asasda1@yandex.ru)
Аннотация. В статье рассматриваются вариативные практические задания. Процесс решения которых приводит к формировании компетенций у обучающихся при составлении программ, позволяющих двигаться роботу по определенной в рамках задания траектории. Робот собран из деталей базового набора «LEGO MINDSTORMS EV3». В тексте статьи приводится содержание трех практических вариативных заданий, связанных с организацией движения робота по траекториям определенной формы в виде квадрата, окружности и кривой. При выполнении заданий необходимо воспользоваться блоком «цикл», который должен быть использован для программирования работы моторов, движущих робота. К каждому заданию приводятся этапы его выполнения, которые обучающиеся должны пройти и сформулировать самостоятельно для получения программируемого и требуемого движения робота по траектории. После этапов выполнения приводятся контрольные вопросы для проверки качества усвоения материала по использованию робота и программы для его работы. В статье анализируются особенности выполнения заданий обучающимися для освоения компетенций образовательных программ бакалавриата и универсальных учебных действий при обучении в школе. Потом приводится набор действия выполняемых обучающимися при решении представленных заданий, показывающие взаимосвязь с освоением различных универсальных и профессиональных компетенций. На основе этого делается вывод о формировании различных компетенций и универсальных учебных действий, относящихся к математическим, естественнонаучным и информационно-коммуникационным дисциплинам.
Ключевые слова: движение робота, вариативные практические задания, блочно-модульное программирование, универсальные и профессиональные компетенции, универсальные учебные действия, физика, информатика, технология.
EVOLUTION OF COMPETENCES DURING THE ORGANIZATION OF ROBOT MOVEMENT FROM THE DETAILS OF THE BASIC KIT OF «LEGO MINDSTORMS EV3»
© 2019
Sorokin Alexey Nikolaevich, candidate of physical and mathematical sciences, associate professor of the department of physics and information technologies of Balashov Institute
Saratov State University (412300, Russia, Balashov, Carl Marx street, 29, e-mail: asasda1@yandex.ru)
Abstract. The article provides information about the variable practical tasks on programing of robot motion on special trajectory from the point of view formation of students' competencies. The robot is constructed from parts of the basic kit of "LEGO MINDSTORMS EV3". The text of the article contains three variables practical tasks related to the movement of the robot along the trajectories of a certain shape in the form of the square, the circle and the curve. Performing tasks is necessary to take the "cycle" block, which should be used to organize the robot movement. For each task is shown the stages of implementation. The students performed these tasks on their own to obtain the programmed and required movement of the robot along the trajectory. After the implementation stages control questions are described. These questions are checking the quality of the learning material on the use of the robot and the program for its work. The features of performance of the tasks by students for forming of competencies of educational programs and universal educational actions in school are analyzed. This paper was investigated actions performing by students in solving the tasks. These actions demonstrate the correlation with the development of various universal and professional competencies. The conclusion is the formation of various competences and universal educational actions of mathematical, natural science, information and communication technology.
Keywords: robot motion, variable practical tasks, block-modular programming, universal and professional competences, universal educational actions, physics, informatics, technology.
В [1-18] проводится изучение некоторых аспектов формирования компетенций. Успешно закончившие обучение выпускники по любому направлению подготовки или специальности характеризуются не столько перечнем изученных дисциплин, записанных во вкладыше к диплому, сколько набором компетенций, освоенных ими для получения диплома. Под компетенциями подразумеваются определенные в соответствующем государственном стандарте познавательно-деятельностные навыки, позволяющие осуществлять профессиональную деятельность.
Сейчас большее распространение получают различные проектные технологии для организации исследовательской деятельности обучающихся. Наиболее удобно использовать такие проекты при использовании различных робототехнических устройств и наборов. Одним из способов организации такой деятельности можно считать формирование практических заданий, при выполнении которых будет проводиться исследование особенностей работы различных робототехнических конструкций и принципов программирования их работы. В [19-21] приводятся информация о решении студентами различных исследовательских задач.
В [1] анализируется полезность занятий с выполнением практических заданий при проведении лабораторных работ физико-технической направленности без использования вариативности этих заданий с точки зрения формируемых на этих занятиях компетенций.
Поэтому в данной статье проводится анализ формируемых компетенций при выполнении вариативных практических заданий по изучению особенностей движения робота по различным траекториям.
Рассмотрим предварительный этап подготовки к выполнению заданий и общие моменты, которые необходимо учесть при выполнении заданий.
Первоначально собирается приводная платформа из деталей базового набора «LEGO MINDSTORMS EV3», которую называем роботом при дальнейшем рассмотрении в рамках данной работы. Затем на компьютере запускается предварительно установленное приложение «LEGO MINDSTORMS Education EV3» и создается новая программа в этом приложении. Пишется программа для выполнения необходимых действий приводной платформой.
Включается блок модуля EV3 робота: для включения модуля EV3 нажимается центральная кнопка. После на-
педагогические науки
Сорокин Алексей Николаевич ОСВОЕНИЯ КОМПЕТЕНЦИЙ ...
жатия кнопки загорается красный индикатор статуса модуля и отображается окно запуска.
Когда индикатор становится зеленым, модуль EV3 готов к работе.
После чего программа загружается через ШВ-провод в модуль EV3 путем запуска на компьютере после проверки правильности ее написания. ^В-провод отключается, и программа запускается на выполнение в модуле EV3.
Проверяется правильность выполнения соответствующего задания, если необходимо переподключаются датчики и моторы.
Модуль EV3 представляет собой программируемый микроконтроллер с входами от датчиков «1», «2», «3», «4» и выходами для моторов «А», «В», «С», «Б».
В зависимости от сборки робота к портам могут быть подключены различные моторы и датчики. В данной лабораторной работе указаны порты А+В для блоков «Независимое управление моторами» и «Рулевое управление», предполагается, что к этим портам подключены два больших мотора, но они могут быть и другими, например, В+С, А+С.
Далее приведем текст вариативных заданий и основные этапы, которые необходимо пройти для их успешного выполнения, а также контрольные вопросы к каждому из заданий для улучшения усвоения изучаемых особенностей движения робота как результата выполнения заданий.
Задание №1. Организовать движение робота по траектории, представляющей собой квадрат с использованием блока «Цикл» в соответствии с заданным вариантом движения робота.
Таблица 1 - Варианты передвижения робота.
№ ] 2 5 4 ? 6 7 8 9 10
Левый мотор 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
мотор 2S 26 24 22 20 18 16 14 12 10
Что такое робот? Опишите его и дайте определение.
Что собой представляет модуль EV3 и какие функции он выполняет?
Что будет происходить при движении и поворотах робота, если поменять местами порты, к которым подключены моторы, не изменяя программу?
Возможно ли организовать движение робота с помощью среднего мотора?
Какие блоки существуют для организации движения робота? Расскажите о них.
Задание №2. Организовать движение робота по траектории, представляющей собой кривую с использованием блока «Цикл» в соответствии с заданным вариантом передвижения робота.
Таблица 2 - Варианты передвижения робота.
№ Направление Мощность Угол поворота
1 Влево 20 40
2 Вправо 40 90
3 Влево 60 -60
4 Вправо -20 120
5 Влево -40 240
6 Вправо -60 400
7 Влево 20,-20 -280
8 Вправо 40,-40 100
9 Влево 60,-60 360
10 Вправо 20,40 -350
Этапы выполнения задания.
Заходим в меню перечня блоков, выбираем блок «Цикл» в оранжевой палитре и добавляем его после блока «Начало» (рис.1, 1), который появился при создании программы.
Выбираем блоки «Независимое управление моторами» и «Рулевое управление» из зеленой палитры и добавляем их в блок «Цикл» последовательно (рис. 1, 2-3).
Настраиваем блок «Независимое управление моторами»: включаем моторы на количество оборотов, устанавливаем мощность на левый и правый моторы равную 10 и обороты на 1.
Настраиваем блок «Рулевое управление»: включаем управление на количество градусов, устанавливаем рулевое управление на 100, мощность на 10 и градусы на 180 для поворота робота на 90 градусов при движении.
Устанавливаем цикл на «подсчет» и указываем количество повторений в цикле - 4 (рис. 1, 1).
Этапы выполнения задания.
1. В программе заходим в меню перечня блоков, выбираем в оранжевой палитре блок «Цикл» и добавляем его после блока «Начало» (рис.2, 1), который появился после создания программы.
2. Далее выбираем в зеленой палитре блок «Рулевое управление» и добавляем его четырежды в «Цикл» (рис.2, 2-5).
Задаем параметры первого и третьего добавленных блоков следующими: направление движения на 0, мощность на 30, количество оборотов на 1, параметр торможения на движение накатом; второго и четвертого добавленных блоков следующими: мощность на 30, поворот колес на 360 градусов, параметр торможения на движение накатом, направление движения для второго на -50, а для четвертого на 50, чтобы получилось так, как показано на рис.2.
3. Устанавливаем цикл на «подсчет» и указываем количество повторений 2.
4. Программа готова. Загружаем ее в робота и воспроизводим.
Рисунок 1
Изменяем параметры блока «Независимое управление моторами» (рис. 1, 2), составленную программу для движения имеющегося робота, выбрав вариант для изменения из таблицы 1.
Контрольные вопросы.
Рисунок 2
5. Изменяем составленную программу для движения имеющегося робота, выбрав соответствующий вариант передвижения из таблицы 2, изменив параметры блока 5 на рис.2.
Контрольные вопросы.
1. Какие виды блоков присутствуют в приложении «LEGO MINDSTORMS Education EV3»? Для чего каждый из них предназначен?
2. Что представляет собой движение по кривой?
3. Для чего служит блок «Рулевое управление»?
4. Что такое цикл и для чего его нужно использовать?
5. От чего зависит выбор портов, указываемых в параметрах блоков программы?
Задание №3. Организовать движение робота по окружности с использованием блока «Цикл» в соответ-
Sorokin Alexey Nikolaevich EVOLUTION OF COMPETENCES ..
pedagogical sciences
ствии с заданным вариантом передвижения.
Таблица 3 - Варианты движения робота в цикле.
№ 1 2 3 4 5 & 7 8 9 10
Мощность 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Параметр кривизны 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
Этапы выполнения задания.
1. В зеленой палитре выбираем блок «Рулевое управление» и в его параметрах выбираем «Включить на количество градусов», в параметр кривизны вписываем 100, параметр мощность выставляем на 50, параметр градусы на 360.
2. Затем добавляем блок «Ожидание» из оранжевой палитры и устанавливаем в нем временную задержку в 1 секунду. Готовая программа показана на рис.3.
Рисунок 3
3. Изменяем параметры этой программы, выбрав соответствующий вариант из таблицы 3.
Контрольные вопросы.
1. Что такое равномерное движение по окружности?
2. Какие блоки могут заставлять робота двигаться вперед, назад, поворачиваться или останавливаться?
3. Где находится блок «Рулевое управление» в программе «LEGO MINDSTORMS Education EV3»?
4. При помощи каких параметров в блоке «Рулевое управление» можно задать движение робота по окружности?
5. Каким образом взаимосвязаны параметры окружности, по которой двигается робот, с параметрами, выставляемыми в блоке «Рулевое управление»?
В качестве отчета о выполнении заданий обучающиеся предоставляют программу, которую загружают в робота и запускают на выполнение. После выполнения требующегося в задании порядка действий роботом и ответа на контрольные вопросы задание считается выполненным.
При выполнении данных практических заданий обучающиеся изучали основы алгоритмического и объектно-ориентированного программирования при организации функционирования робототехнических устройств.
Они осваивали возможности создания программ на основе блочно-модульных конструкций, а также настройки таких программ и изменения их параметров. Выполнение подобных заданий позволило проводить междисциплинарные занятия по информатике (программирование), физике (параметры движения и измерения при работе датчиков и моторов) и технике (работа датчиков, моторов и механических передач).
При выполнении всех этапов составления и тестирования программы обучающиеся интенсивно использовали коммуникативные навыки для организации работы коллектива.
Они работали в малых группах, состоящих из 2-3 человек с самостоятельным распределением обязанностей в рамках данной группы. При подготовке ответов на контрольные вопросы обучающимися осуществлялся поиск необходимой информации в различных источниках (справочная литература, Интернет).
Из-за решения подобных практических заданий у обучающихся происходило формирование различных универсальных, профессиональные компетенций, связанных с математическими вычислениями, с применением знаний естественных и технических наук, с проведением различных исследований, с повышением коммуникативных навыков, входящие в состав различных программ бакалавриата естественнонаучных направлений подго-
товки, а также различных универсальных учебных действий.
Стоит отметить, что при этом также достигались различные предметные и метапредметные цели, относящиеся к физике, информатике, математике и технологии. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Сорокин А.Н. Формирование компетенций у студентов естественнонаучных специальностей и направлений подготовки при проведении лабораторных работ // Сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. Воронеж: ВГЛТА, 2013. № 5 (5). С. 489-494.
2. Сорокин А.Н. Особенности формирования компетенций у студентов при выполнении лабораторных работ по изучению распространения акустических волн // Актуальные проблемы модернизации математического и естественно-научного образования: сб. науч. тр. по матер. Всерос. науч.-метод. конф. г. Балашов, 17 мая 2018г. Саратов: Саратовский источник, 2018. С.116-119.
3. Фахертдинова Д.И., Кондратьев В.В., Осипова А.И. Методические особенности преподавания физики в строительном вузе // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т.17. №24. С.319-323.
4. Аглямова З. Ш., Камашева Ю. Л., Шевченко Д. В. Об одном подходе к измерению сформированности компетенций // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2018. Т.7. №2 (23). С.15-18.
5. Алиева У. Г., Муртузалиев М. О. Этапы формирования у студентов научного мировоззрения студентов // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2018. Т.7. №2 (23). С.26-29.
6. Мишанова О. Г., Батенова Ю. В. Информационно-языковая компетенция современного ребенка в новом культурном контексте цифрового общества // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2018. Т.7. №2 (23). С.44-48.
7. Гузнова А. В., Павлова О. А., Шумилова О. Н. Формирование межкультурной компетентности студентов посредством дисциплин гуманитарного цикла // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2018. Т.7. №2 (23). С.82-85.
8. Курбанов Т. К. Проблемы формирования профессиональной компетентности студентов в условиях информационного взрыва // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2018. Т.7. №2 (23). С.138-141.
9. Меньшикова Т. И., ПерепелкинаА. В., АбасоваМ. Ю. Мотивация к здоровому образу жизни как компонент социальной компетентности студентов // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2018. Т.7. №2 (23). С.165-168.
10. Нурмеева Е. К. Личность инженера как аспект рассмотрения, необходимый для формирования у студентов текстовой компетенции // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2018. Т.7. №2. (23). С.180-182.
11. Одарич И. Н., Третьякова Е. М. Критерии и показатели уровней сформированности профессиональных компетенций студентов строительного профиля //Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2018. Т.7. №2 (23). С.183-185.
12. Улендеева Н. И. Состав и структура информационно-аналитической компетентности будущего сотрудника ФСИН России // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2018. Т.7. №2 (23). С.290-293.
13. Фролова М. И. Педагогические методы формирования общекультурных компетенций и толерантности личности в процессе художественного образования (на примере проектной методики) // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2018. Т.7. №2 (23). С.294-297.
14. Дугарова Т. Ц., Григорьева А. А. Модель формирования межкультурных компетенций у студентов исторического факультета // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2017. Т.6. №4 (21). С.54-58.
15. Одарич И. Н. Структурирование профессиональных компетенций при подготовке студентов бакалавриата строительного профиля в условиях реализации ФГОС 3++ И ПСОСП // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2017. Т.6. №4 (21). С.123-127.
16. Померанцева Н. Г., Сырина Т. А. Особенности формирования иноязычной социокультурной компетенции средствами массовых открытых онлайн курсов //Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2017. Т.6. №4 (21). С.167-170.
17. Чиханова Е. В., Панов И. Г. Формирование профессиональной компетентности обучающихся творческих вузов с использованием современных технологий обучения // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2017. Т.6. №4 (21). С.246-249.
18. Яблонская Лю. В., Яблонская Ли. В. Компетентность как основа модели модернизации современного отечественного образования // Азимут научных исследований: педагогика и психология. 2017. Т.6. №4 (21). С.263-265.
19. Талхигова Х.С. Учебный физический эксперимент в условиях модернизации образовании // Сборник статей Международной научно-практической конференции «Современные технологии в мировом пространстве». Уфа: АЭТЕРНА. 2016. С.161-163.
20. Сорокин А.Н. Практические задания в виде составления задач по биомедицинской инженерии // Актуальные проблемы модернизации математического и естественно-научного образования : матер. Всерос. науч.-метод. конф. г. Балашов, 3 июня 2016г / под ред. М.А. Ляшко. Саратов: Саратовский источник, 2016. С.66-69.
_21. Сорокин А.Н. Методические особенности проведения занятий
педагогические науки
Сорокин Алексей Николаевич ОСВОЕНИЯ КОМПЕТЕНЦИЙ ...
по физическим и техническим дисциплинам //Методические аспекты преподавания математических и естественнонаучных дисциплин : сб. науч. тр. / под ред. М.А. Ляшко. Саратов: Саратовский источник, 2017. С.57-82.
Статья поступила в редакцию 12.03.2019 Статья принята к публикации 27.05.2019
