CC BY
35
2018, том 20 [10]
УДК 372.853:371.68
РОБОТ КАК ОБЪЕКТ ИЗУЧЕНИЯ И ИНСТРУМЕНТ ПОЗНАНИЯ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ ПО ИНФОРМАТИКЕ
Крупский А.В.
МАОУ «Политехнический лицей» имени Героя Советского Союза И.И. Стрельникова, г. Хабаровск, Российская Федерация
Аннотация. В статье рассматриваются предмет исследования как возможности использования на уроках информатики элементов образовательной робототехники, а также объект изучения и инструмент познания в учебном процессе обучения информатике. Объектом изучения является образовательная робототехника.
Цель исследования состояла в формирование алгоритмического мышления на уроках информатики посредством элементов робототехники. Задачи: Исходя из цели исследования, определены следующие задачи:
1. Анализ и обобщение литературных источников по теме исследования;
2. Робот как объект изучения и инструмент познания в учебном процессе по информатике.
В рамках настоящего исследования опытно-поисковой работы рассмотрена одна из составляющих образовательной робототехники как технологии обучения информатике (робот как инструмент познания). Образовательная робототехника определяется в качестве одного из средств решения этой задачи. Определены особенности робототехники как инструмента познания. Обсуждается использование данного инструмента в учебном исследовании и техническом творчестве учащихся.
Результаты, изложенные в представленной работе, имеют теоретическое и практическое значение и могут быть использованы в учебном процессе для актуализации знаний, развития интереса и расширения знаний
http://dx.doi.org/10.26787/nydha-2226-7417-2018-20-10-12-16
ROBOT AS OBJECT OF STUDY AND TOOL OF KNOWLEDGE IN THE EDUCATIONAL PROCESS ON INFORMATICS
Krupsky A.V.
Municipal autonomous general educational institution «Polytechnic Lyceum» named after the Hero of the Soviet Union Strelnikov, Khabarovsk, Russian Federation
Annotation. The article examines the subject of research as the possibility of using the elements of educational robotics at the lessons of computer science, as well as the object of study and the cognitive tool in the learning process of computer science.
The object of study is educational robotics. The aim of the research was to form algorithmic thinking in informatics lessons through elements of robotics. Objectives: Based on the research objective, the following tasks are defined:
1. Analysis and synthesis of literary sources on the research topic;
2. Robot as an object ofstudy and an instrument of cognition in the educational process in computer science.
Within the framework of the present study of experimental research work, one of the components of educational robotics as a technology for teaching computer science (a robot as an instrument of cognition) is considered. Educational robotics is defined as one of the means of solving this problem. The features of robotics as an instrument of cognition are determined. The use of this tool in the study and technical creativity of students is discussed.
The results outlined in the paper presented are of theoretical and practical value and can be used in the educational process to update knowledge, develop interest and expand knowledge in mathematics, computer science, and physics. The work can be applied in computer science lessons in grades 4-11.
—--—
~ 12 ~
—--
по математике, информатике, физике. Работа может быть применена на уроках информатики в 4-11 классах. Ключевые слова: робот, объект изучения в курсе информатики, объект познания, естественнонаучный метод, конструирование, моделирование и программирование.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
[1] Параскевов А.В. Левченко А.В. Современная робототехника в России: реалии и перспективы // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2014. № 104(10). URL: http://ej.kubagro.ru/20l4/l0/pdf/ll6.pdf.
[2] Bers M., et al., Teachers as Designers: Integrating Robotics in early Childhood education. Information Technology in Childhood Education, 2002. - PP. l23-l45.
[3] Тузикова И.В. Изучение робототехники - путь к инженерным специальностям [Текст] / И. В. Тузикова // Школа и производство. - 2013. - №5. - С. 4547.
[4] Василенко Н.В. Никитан, К.Д. Пономарёв В.П. Смолин А.Ю. Основы робототехники - Томск: МГП «РАСКО», 1993. - 470 с.
[5] Гребнёва Д.М. Изучение элементов робототехники в базовом курсе информатики [Электронный ресурс] : http://festival. 1september.ru/articles/623491.
[6] Информатика. УМК для основной школы [Электронный ресурс]: 5-6 классы. 7-9 классы. Методическое пособие / Автор-составитель: М. Н. Бородин. - Эл. изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. - 108 с.
[7] Carberry А., Hynes M., Underwater Lego Robotics: Testing, Evaluation & Redesign URL:http://www.aca-demia.edu/299l725/Underwater_LEGO_Robot-ics_Testing_evaluation_and_redesign.
[8] Korherr M., Schulklasse testet neue EV3 Physik-Experimente - Eine Entwicklung der htw saar und des Fraunhofer Instituts im Auftrag von LEGO® Education URL: http://emrolab.htw-saarland.de/index. php/news/l54-ev3physikexperimente.
[9] Carberry A.R. & McKenna A.F. Exploring students' conceptions of modeling and modeling uses in engineering design. Journal of Engineering Education. -20l4 - Vol. l03. - No.l. - PP. 77-9l.
Введение. Роботы (робототехнические системы) становятся неотъемлемыми объектами современной техносреды [1, 2]. Их преимущества очевидны. Они определяют высокий уровень заинтересованности общества в развитии робототехники. В России робототехника включена в перечень приоритетных направлений технологического развития,
Key words: robot, object of learning in the course of informatics, object of cognition, natural-science method, design, modeling and programming.
REFERENCES
[1] Paraskevov A.V. Levchenko A.V. Sovremennaya ro-bototekhnika v Rossii: realii i perspektivy // Poli-tematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universi-teta. 2014. № 104(10). URL: http://ej.kubagro.ru/20l4/l0/pdf/ll6.pdf.
[2] Bers M., et al., Teachers as Designers: Integrating Robotics in early Childhood education. Information Technology in Childhood Education, 2002. - PP. l23-l45.
[3] Tuzikova I.V. Izucheniye robototekhniki - put' k in-zhenernym spetsial'nostyam [Tekst] / I. V. Tuzikova // Shkola i proizvodstvo. - 2013. - №5. - p. 45-47.
[4] Vasilenko, N. V. Nikitan, KD. Ponomarov, V. P. Smolin, A. YU. Osnovy robototekhniki - Tomsk: MGP «RASKO», 1993. - 470 p.
[5] Grebnova D. M. Izucheniye elementov robototekhniki v bazovom kurse informatiki [Elektronnyy resurs]: http://festival. 1 september.ru/articles/623491.
[6] Informatika. UMK dlya osnovnoy shkoly [Elektronnyy resurs]: 5-6 klassy. 7-9 klassy. Metodicheskoye posobiye / Avtor-sostavitel': M. N. Borodin. - El. izd. - M. : BINOM. Laboratoriya znaniy, 2013. - 108 p.
[7] Carberry A., Hynes M., Underwater Lego Robotics: Testing, Evaluation & Redesign URL:http://www.aca-demia.edu/299l725/Underwater_LEGO_Robot-ics_Testing_evaluation_and_redesign.
[8] Korherr M., Schulklasse testet neue EV3 Physik-Experimente - Eine Entwicklung der htw saar und des Fraunhofer Instituts im Auftrag von LEGO® Education URL: http://emrolab.htw-saarland.de/index. php/news/l54-ev3physikexperimente.
[9] Carberry A.R. & McKenna, A.F. Exploring students' conceptions of modeling and modeling uses in engineering design. Journal of Engineering Education. -20l4 - Vol. l03. - No.l. - PP. 77-9l.
которые заявлены на правительственном уровне в рамках «Стратегии развития отрасли информационных технологий в РФ на 2014-2020 годы и на перспективу до 2025 года» [1]. Сегодня компьютер является неотъемлемым атрибутом многих профессий. В этой связи выпускники школ должны уметь использовать информационные технологии в своей
—--—
~ 13 ~
—--—
дальнейшей деятельности. Поэтому изучению информатики в школе должно уделяться больше внимания [3].
В последнее время в школах появилась и начала развитие робототехника. Учеников обучают программированию роботов и сбору собственных их моделей. Наиболее подходящим для этих целей роботом является Lego Mindstorms NXT. На занятиях с образовательными конструкторами LEGO дети строят действующие модели реальных механизмов, живых организмов и машин, проводят естественнонаучные эксперименты, осваивают основы информатики, алгоритмики и робототехники, попутно укрепляя свои знания по математике и физике и приобретая навыки работы в творческом коллективе.
Робототехника, снабжена специальными обучающими программами, ее можно эффективно приспособить для решения почти всех дидактических задач [4, 5 и др.]. В развитых странах, где робототехника применяются уже не одно десятилетие, определились главные направления эффективного использования в различных научных сферах. Широко используются для программирования и тестирования роботов, что позволяет учащимся с ранних лет ознакомиться с программированием прикладной математикой и информатикой, а также с физическими процессами.
Учащиеся различных возрастов вовлечены в процесс создания моделей - роботов и их программирования. Востребованность обучающих программ Lego Education обусловлена несколькими причинами, среди которых необходимость соответствия новым. Стандартам среднего общего образования [3 и др.].
В условиях реализации требований ФГОС нового поколения школьники должны научиться работать с приборами обратной связи, освоить основы конструирования, программирования и управления моделями. Именно поэтому робототехника органично вписывается в учебный процесс [5, 6].
В связи с этим целью исследования является формирование алгоритмического мышления на уроках информатики посредством элементов робототехники. Исходя из цели исследования, определены следующие задачи:
1. Анализ и обобщение литературных источников по теме исследования;
2. Робот как объект изучения и инструмент познания в учебном процессе по информатике.
Объект, предмет и методы исследования. Объектом исследования является образовательная робототехника.
Предмет исследования - это возможности использования на уроках информатики элементов образовательной робототехники.
Методологической и теоретической основой исследования являются труды, посвященные теории личностного развития учащихся в процессе обучения информатике (С.А. Бешенков, К.К. Колин, А.А. Кузнецов, В.С. Леднев, Н.В. Матвеева, С.М. Окулов, Н.И. Рыжова и др.), а также проблемам информатизации образования (А.П. Ершов, Т.Б. Захарова, О.А. Козлов, К.К. Колин, В.М. Монахов, С. Пей-перт, Е.А. Ракитина, И.В. Роберт, А.Ю. Уваров, Н.Д. Угринович и др.).
Результаты и обсуждение. Анализ и обобщение отечественных методических разработок по образовательной робототехнике (А.Н. Боголюбов, Д.А. Никитин, А.П. Алексеев, А.Н. Богатырев, В.А. Серенко, Д.А. Каширин, А.С. Филиппов, Д.Г. Копо-сов, Л.Г. Белиовская, В.Н. Халамов, М.В. Васильев и др.), ряда зарубежных публикаций [2, 7-9], а также результатов исследований других авторов статей [46], связанных с поиском наиболее эффективных практик применения РТ в учебном процессе по физике и информатике, позволяют рассматривать робототехнику как самостоятельную технологию обучения. В структуре этой технологии выделено три составляющие, характеризующие основные образовательные функции робототехники: 1) РТ как объект изучения, 2) РТ как инструмент познания, 3) РТ как средство обучения, развития и воспитания учащихся.
Рассматривая, робота как объект изучения в курсе информатики средней школы, необходимо отметить, что слово «робот» прочно вошло в современную речь и нашу жизнь. Трудно представить себе мир XXI века без «умных» машин. Они проникли всюду: от заводских цехов и медицины до вооружения наиболее развитых армий мира. И, конечно, редкий фантастический фильм обходится без
~ 14 ~
—--—
самостоятельных думающих механизмов, которые известны под термином «робот».
Термин «робот» пришел к нам от чешского слова «гоЬо1а», что буквально означает «принудительный труд». В принципе, это слово отлично описывает большинство роботов. Чаще всего роботы делают тяжелую работу, монотонно трудятся на производстве. Также они решают задачи, которые сложны, опасны или скучны для людей.
Беспилотные самолеты-разведчики, искусственные спутники, знаменитые луноходы - все это роботы. Интерес представляют законы робототехники, которые предложил американский писатель-фантаст, биохимик, автор около 500 в основном художественных книг, Айзек Азимов:
1. Робот не должен вредить человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.
2. Робот должен выполнять приказы человека, кроме приказов, противоречащих первому закону.
3. Робот должен заботиться о своей безопасности, если это не противоречит первому и второму законам.
По области использования роботы делятся на виды. С различными видами роботов эффективнее знакомиться в ходе самостоятельной работы учеников за компьютерами, имеющими выход в глобальную сеть, как на уроке, так и дома. Учащиеся (индивидуально или в парах) находят понятие и примеры роботов одного вида и оформляют материал в форме доклада, презентации, видеофильма.
Рассмотрим робот как инструмент познания в учебном процессе по информатике. Современная организация учебной деятельности требует того, чтобы теоретические обобщения учащиеся делали на основе результатов собственной деятельности.
Для учебного предмета «информатика» - это учебный эксперимент. Принципиально изменились роль, место и функции самостоятельного эксперимента при обучении информатики: учащиеся должны овладевать не только конкретными практическими умениями, но и основами естественнонаучного метода познания, а это может быть реализовано только через систему самостоятельных экспериментальных исследований.
Обучающиеся, разрабатывая исследовательские проекты, учатся конструированию, моделированию и программированию [1, 3].
Дети, работая над задачей, проектом командой, достигают больших личностных результатов, чем дети, работающие над заданием с индивидуальным экземпляром конструктора. Задания должны строиться так, чтобы обеспечить отработку как можно большего количества УУД: познавательных, коммуникативных, личностных, регулятивных.
Базой для «образовательной робототехники» может быть выбран школьный курс информатики. Темы информатики, которые в разной степени полноты могут быть раскрыты на занятиях с элементами образовательной робототехники: информация и ее кодирование - 17,5% от максимального балла за все задания одного экземпляра КИМ ЕГЭ, алгоритмизация и программирование - 32,5%, основы логики - 12,5%, моделирование и компьютерный эксперимент - 2,5%, технология программирования - 15%. Итого до 80% от объема всего учебного материала, знание которого проверяется на едином государственном экзамене по информатике.
В начальной школе конструкторы Lego Wedo разумно использовать для организации деятельности, которая научит детей выражать свои мысли, планировать свою деятельность, отстаивать свое мнение перед другими членам команды, самостоятельно искать необходимую для решения задачи или проблемы информацию и т.д.
Деятельность с конструкторами может иметь в своей основе программирование и конструирование механизмов и роботов, однако правильно разработанные задания для учащихся, ориентированные на ФГОС, могут ориентироваться на значительно более широкий круг учебных и воспитательных целей и задач [3].
ФГОС начального общего образования требует, чтобы учащийся начальной школы мог проводить эксперименты с использованием учебного лабораторного оборудования, цифрового и традиционного измерения.
Цифровое измерение предполагает использование цифровых лабораторий. Оптимально организованный учебный процесс ориентируется на преем-
~ 15 ~
—--
ственность методов и средств обучения, используемых учителем. Это обеспечивается благодаря взаимосвязи и совместимости конструкторов Lego и цифровых лабораторий Vernier.
Дети могут плавно переходить от деятельности, основанной на конструкторах Lego Wedo к более
сложным конструкторам Lego NXT, которые не только могут программироваться десятком различных языков программирования, но и могут использовать датчики от цифровой лаборатории Vernier [3] (рис. 1).
Рис. 1. Цифровая лаборатория Vernier [3]
Lego NXT можно начинать изучать уже со второго класса, таким образом, обеспечивается возможность не только изучения с детьми достаточно сложных алгоритмических конструкций, но и, в игровой форме, через сборку различных роботов и механизмов, начать работу с точными, профессиональными цифровыми датчиками для измерения различных характеристик окружающего мира.
В старших классах, дети, привыкшие работать с данным оборудованием, могут стать помощниками учителей естественнонаучного профиля, желающих применять цифровые лаборатории в рамках уроков своего предмета, тем самым естественным образом реализуется ФГОС основного общего образования.
Заключение. В статье рассматриваются предмет исследования как возможности использования на уроках информатики элементов образовательной робототехники, объект изучения и инструмент познания в учебном процессе обучения информатике.
В качестве объекта изучения является образовательная робототехника. В статье уделено внимание информации об инструменте познания.
Результаты, изложенные в работе, имеют теоретическое и практическое значение и могут быть использованы в учебном процессе для актуализации знаний, развития интереса и расширения знаний по математике, информатике, физике. Работа может быть применена на уроках информатики (4-11 класс).
~ 16 ~
