Главная страница
Навигация по странице:

  • ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ РОБОТОТЕХНИКА Учебное пособие для студентов педагогических вузов

  • Чупин Д.Ю., Ступин А.А., Ступина Е.Е., Классов А.Б. Ч922 Образовательная робототехника: учебное пособие. — Ново- сибирск: Агентство «Сибпринт», 2019. — 114 с. ISBN 978-5-94301-771-1

  • Чупин Д.Ю. - победитель конкурса

  • Глава 1 Понятие и роль образовательной робототехники на современном этапе развития образования 1.1 Актуальность внедрения робототехники в сферу образо- вания

  • Учебное пособие по робототехнике для педвузов. Учебное пособие для студентов педагогических вузов Новосибирск 2019 удк 373. 3. 5(075)372. 016 62(075)


    Скачать 3.62 Mb.
    НазваниеУчебное пособие для студентов педагогических вузов Новосибирск 2019 удк 373. 3. 5(075)372. 016 62(075)
    АнкорУчебное пособие по робототехнике для педвузов
    Дата03.08.2022
    Размер3.62 Mb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаУчебное пособие по робототехнике для педвузов.pdf
    ТипУчебное пособие
    #640165
    страница1 из 7

    Подборка по базе: Наглядное пособие «Способы и приемы вырезывания в разных возраст, Лекция 2-2 для студентов.pdf, Аттестация педагогических работников в 2023 году.pptx, Лаб 2022 для студентов.docx, Инстуркция по практике для студентов (10).docx, Тест 3 _Современное учебное занятие в условиях введения обновлен, Кроссворд архитектура ПК для студентов.docx, Методические рекомендации к самостоятельной работе для студентов, Инструкционная карта к практическому занятию по теме Множества и, Рефераты для студентов 2022-2024.pdf
      1   2   3   4   5   6   7

    МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
    ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
    ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
    «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
    Факультет технологии и предпринимательства
    ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ РОБОТОТЕХНИКА
    Учебное пособие для студентов педагогических вузов
    Новосибирск 2019

    УДК 373.3/.5(075)+372.016:62(075)
    ББК 74.202.52я73+74.263.2я73
    Ч922
    Рекомендовано учебно-методическим советом факультета технологии и предпринимательства ФГБОУ ВО «Новосибирского государственного педагогического университета» в качестве учебного пособия для студентов вуза
    Р е ц е н з е н т ы канд. пед. наук, доц., директор ГАУ ДПО НСО "Новосибирский центр развития профессионального образования", руководитель Регионального кординационного центра WorldSkills Новосибирской области
    А.М. Лейбов канд. пед. наук, доц., заведующий кафедрой информационных, сервисных и общетехнических дисциплин ФГБОУ ВО «НГПУ»
    И.В. Сартаков
    Чупин Д.Ю., Ступин А.А., Ступина Е.Е., Классов А.Б.
    Ч922 Образовательная робототехника: учебное пособие. — Ново- сибирск: Агентство «Сибпринт», 2019. — 114 с.
    ISBN 978-5-94301-771-1
    Учебное пособие направлено на ознакомление студентов педагоги- ческих вузов и действующих педагогов общеобразовательных органи- заций и организаций дополнительного образования с возможностями и методическими особенностями реализации образовательной робототех- ники в процессе обучения.
    Текст печатается в авторской редакции
    Чупин Д.Ю. - победитель конкурса
    Стипендиальной программы Владимира Потанина 2017/2018
    Издано на средства гранта
    Благотворительно фонда В. Потанина
    ISBN 978-5-94301-771-1
    © Оформление. ФГБОУ ВО «НГПУ», 2019

    3
    Введение
    В современном мире, когда объем знаний в каждой предметной области стремительно растет, причем скорость этого роста также уве- личивается, возрастает необходимость все время получать новые зна- ния, в этом помогает как образовательный процесс, так и самостоя- тельное изучение материала.
    В информационном обществе быть конкурентоспособным – зна- чит быть готовым развивать инновационное производство, фунда- ментальную и прикладную науку, но главное – быть готовым к не- прерывному образованию. Под непрерывным образованием понима- ется процесс роста интеллектуального, нравственного и образова- тельного потенциала личности в соответствии с её или общественны- ми потребностями в течение всей жизни.
    Возникает потребность в применении уже на уровне общего об- разования новых или актуализированных образовательных средств, способствующих эффективному формированию готовности к непре- рывному образованию, универсальных учебных действий и мета- предметных компетенций. В качестве одного из таких средств все чаще называется образовательная робототехника.
    Актуальность ее применения в образовании обуславливается еще и глобальной цифровизацией большинства отраслей современного производства и вообще сфер деятельности современного человека.
    Причем речь идет уже не только о необходимости подготовки квали- фицированных инженерных кадров в данной области в сфере профес- сионального образования, но и о целесообразности ее применения начиная уже с уровня начальной школы и даже дошкольного образо- вания.
    Однако на уровне нормативных требований необходимость вне- дрения робототехники в образовательный процесс общеобразова- тельных организаций закреплена относительно недавно. ФГОСы об- щего образования задают только ориентиры результатов образова- тельного процесса, практически не регламентируя его содержания.
    Примерная основная образовательная программа основного общего образования (ПООП ООО) 2015 года, где «робототехника» впервые

    4 упоминается в качестве содержательного элемента предметов «Ин- форматика» и «Технология», имеет рекомендательный характер для общеобразовательных организаций разрабатывающих по сути собст- венные образовательные программы.
    Поэтому сегодня робототехника на уровне общего образования получила наибольшее развитие в организациях, реализующих инже- нерно-технологический профиль образования, а также в организаци- ях, имеющих средства и возможности для ее реализации в основном во внеурочной деятельности обучающихся.
    Данное пособие направлено на предоставление студентам педа- гогических вузов и действующим педагогам некоторых основных ин- струментов, необходимых для включения науки и техники (с помо- щью робототехники) в методы обучения, развитие интереса к приме- нению образовательной робототехники в процессе обучения.
    Также данное пособие знакомит с основами программирования роботов, что позволяет продолжать изучать эту тему самостоятельно, и знакомить своих учеников с миром технологий и искусственного интеллекта. Значительное внимание в пособии уделено ознакомле- нию с возможностями и методическими особенностями применения образовательной робототехники в проектной деятельности обучаю- щихся.

    5
    Глава 1 Понятие и роль образовательной робототехники на
    современном этапе развития образования
    1.1 Актуальность внедрения робототехники в сферу образо-
    вания
    В современных технологических условиях процесс обучения требует методологической адаптации с учетом новых ресурсов и их специфических особенностей. Это предполагает изменение традици- онной педагогической модели, единственными источниками инфор- мации которой являются учебник и преподаватель
    В настоящее время в образовательной практике необходимо учи- тывать разнообразие ресурсов для получения и обработки информа- ции, которые тем или иным образом конкурируют с личностью и мудростью учителя, направленной больше на организацию и коорди- нацию образовательного процесса. Для этого от педагога требуется гибкость, позволяющая разрабатывать и осуществлять мероприятия, соответствующие этим условиям, а также создавать рабочие учебные группы на основе новых учебных материалов и ресурсов.
    Современная школа должна помочь обучающемуся критически перестроить имеющиеся знания, дать ему критерии для анализа и со- отнесения данных, а также обеспечить его подходами к рациональ- ному и справедливому применению знания. Наличие новых средств массовой информации, обеспечивающих глобализацию принципов культуры новых поколений, является причиной недопустимости ос- нования современной школы только на деятельности по «передаче знаний».
    Основная идея заключается в том, что технология - это больше, чем инструмент; это средство, которое влияет на то, как вы думаете, общаетесь, а также на характер и содержание сообщений. Внедрение информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) призвано стать средством коммуникации, каналом обмена знаниями и опытом, источником ресурсов, игровым средством содействия когнитивному развитию.

    6
    Поскольку способы обучения меняются, преподаватель больше не является менеджером знаний, он становится координатором, кото- рый направляет обучающегося в его учебной деятельности. В этом смысле именно обучающийся занимает центральную позицию в клас- се, потому что именно он должен быть самодостаточным и работать в сотрудничестве со своими сверстниками.
    Таким образом, информационные и коммуникационные техноло- гии приобретают важное значение в обучении на всех этапах обуче- ния, поскольку они все чаще играют важную роль в обучении. Пре- подаватель, который не владеет информационно- коммуникационными технологиями является явно отстающим по от- ношению к обучающимся. Причем в повседневной жизни технологии продвигаются быстрее, чем в образовательных организациях, в том числе в не самых развитых районах. Это подтверждается, например, развитием среди молодежи способа общения посредством обмена бы- стрыми сообщениями в социальных сетях, который современный учитель не может не учитывать в образовательном процессе.
    Для многих преподавателей внедрение информационно- коммуникационных технологий предполагает определенные трудно- сти (обучение их использованию, обновление оборудования и про- грамм, дополнительное время и т.д.).
    К основным факторам, влияющими на использование ИКТ пре- подавателями, можно отнести: доступ к современным ресурсам, каче- ство программного обеспечения и оборудования, простота использо- вания, стимул для изменения педагогической практики с использова- нием технологий, поддержка образовательными учреждениями ис- пользования ИКТ в учебной программе, национальная политика в области ИКТ, приверженность профессиональному совершенствова- нию.
    Образование - это прогресс любой страны, особенно для тех стран, которые находятся на пути развития. Образование является важным фактором достижения необходимого уровня образования, которое идет рука об руку с социальными, культурными и технологи- ческими изменениями, которые возникают с течением времени. Если преподавателю удастся развить навыки использования технологий,

    7 это не только позволит ему улучшить свою преподавательскую рабо- ту, но и образовательное учреждение, в котором работает и способст- вовать развитию страны в целом.
    Общество и потребности страны постоянно меняются. Образова- ние, ориентированное на реальность, в котором живут обучающиеся, должно эволюционировать с равной скоростью, чтобы не устаревать.
    В современном мире технологии определяют ориентиры, на которые должны быть направлены образовательные модели.
    Раннее внедрение современных технологий в процесс обучения позволяет более углубленно рассматривать более продвинутое со- держание в старших классах. Таким образом, обучающиеся получают возможность перейти от чистого пользователя, к разработчику и соз- дателю продуктов, крайне необходимых для экономического разви- тия страны в XXI веке.
    Сегодня все чаще говорится уже не просто о необходимости вне- дрения ИКТ в различные сферы экономики, а о непосредственно
    «цифровой экономике», пронизанной использованием современных технологий. На Петербургском международном экономическом фо- руме в июне 2017 года Президент России Владимир Путин следую- щим образом сформулировал стратегическую цель: «Цифровая эко- номика – … основа, которая позволяет создавать качественно новые модели бизнеса, торговли, логистики, производства, изменяет формат образования, здравоохранения, государственного управления, комму- никаций между людьми… Достижение этой цели требует от нас пе- рехода к современным и эффективным механизмам управления: про- ектное управление, инновационный менеджмент, непрерывное обра- зование, профессиональное самоопределение, ориентирует на карди- нальную перестройку всей системы воспитания и социализации лич- ности»
    1
    В своём выступлении на заседании президиума Совета при Пре- зиденте Российской Федерации по стратегическому развитию и при- оритетным проектам 13 декабря 2017 г. глава Правительства России
    Д.А. Медведев подчеркнул, «что внедрять цифровые технологии
    1
    http://www.kremlin.ru/events/president/news/54667

    8 нужно практически со школьного периода. … Все основные навыки использования этих технологий дети должны получить непосредст- венно в школе, чтобы в будущем они могли уметь оперировать самы- ми различными инструментами для обработки необходимых масси- вов информации, могли освободить силы для творчества и, конечно, повысить эффективность своего труда уже в ходе трудовой деятель- ности»
    2
    . Также премьер-министр Российской Федерации анонсировал запуск нового приоритетного проекта - «Цифровая школа». «… Он будет направлен на формирование у школьников навыков в цифровом мире, обучение обработке и анализу данных, элементам программи- рования и, самое главное, умению создавать цифровые проекты для своей будущей профессии» заявил Д.А. Медведев
    3
    Обучение с применением технологий на сегодня довольно рас- пространенный аспект, который стал предметом изучения сам по се- бе, но он не должен быть реализован без изучения самих технологий.
    Поэтому необходимо создать ряд минимальных возможностей и на- выков для их включения в учебную программу, способствуя их изу- чению, мониторингу и оценке как важному фактору в улучшении ка- чества образования.
    За последние годы достижения в ИКТ, робототехнике и в авто- матизированных системах управления (АСУ) затронули все сферы нашей современной жизни. Роботы-помощники широко используют- ся в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в медицине (хи- рургия), на конвейерном промышленном производстве, при проведе- нии лабораторных исследований в средах повышенной опасности, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных това- ров и товаров народного потребления. Многие современные устрой- ства, принимающие решения на основе полученных от сенсоров дан- ных, тоже можно считать роботами – таковы, например, стиральная машинка, без которых уже немыслима наша жизнь.
    Робототехникой называют «область науки и техники, ориентиро- ванную на создание роботов и робототехнических систем, предназна- ченных для автоматизации сложных технологических процессов и
    2
    цифроваяшкола.рф/blog/o-prioritetnom-proekte-cifrovay-shkola-1 3
    там же

    9 операций, в том числе, выполняемых в недетерминированных усло- виях, для замены человека при выполнении тяжелых, утомительных и опасных работ…»
    4
    С момента своего вхождения в мир бурными темпами робото- техника стала одним из самых передовых, престижных, дорогостоя- щих направлений машиностроения. Ее основой были техническая физика, электроника, измерительная техника и многие другие, техни- ческие и научные дисциплины. Многие модули смежных наук входят в состав данной отрасли – Робототехника (рисунок 1).
    Рисунок 1. Состав модулей в робототехнике
    С начала XXI века робототехника становится одним из приори- тетных направлений в сфере экономики, машиностроения, здраво- охранения, военного дела и других направлений деятельности чело- века. Сегодня на улицах можно видеть шагающих роботов, современ- ные технологии позволили создать материалы для роботов-
    4
    Накано Э. Введение в робототехнику; пер.с яп. канд. техн. наук А.М. Филатова. М.:
    Мир, 1998.

    10 андроидов. В быту - сенсорная автоматика и робототехника. Поэтому специалисты, обладающие знаниями в этой области, востребованы.
    Сегодня в России существует проблема недостаточной обеспе- ченности инженерными кадрами и низкого статуса инженерного об- разования. Во многом благодаря этому в последнее время уделяется большое внимание внедрению робототехники в сферу образования. В начале двухтысячных годов появился термин «образовательная робо- тотехника».
    «Образовательная робототехника» – это инструмент, заклады- вающий прочные основы системного мышления, интеграция инфор- матики, математики, физики, черчения, технологии, естественных наук с развитием инженерного творчества. Занятия робототехникой дают хороший задел на будущее, вызывают у ребят интерес к научно- техническому творчеству. Заметно способствуют целенаправленному выбору профессии инженерной направленности.
    В настоящее время образовательная робототехника внедряется на базовом уровне образования во многих странах по всему миру. Она позволяет обучающимся использовать свои знания в новой и инте- ресной форме, используя технологию, способствующую усвоению знаний и внедряя новые концепции, которые будут дополнять и об- легчать их обучение.
    Образовательная робототехника представляет собой новую, ак- туальную педагогическую технологию, которая находится на стыке перспективных областей знания: механика, электроника, автоматика, конструирование, программирование, схемотехника и технический дизайн. То есть внедрение образовательной робототехники и исполь- зование технологий в обучении, направлено на обеспечение междис- циплинарной среды обучения, где учащиеся приобретают навыки для организации исследований и решения конкретных проблем; развития новых навыков и способностей эффективно реагировать на меняю- щиеся условия современного мира. Такая среда обучения представля- ет собой опыт, способствующий развитию творчества и мышления обучающихся.
    Она также представляет собой набор педагогических мероприя- тий, которые поддерживают и укрепляют конкретные области знаний

    11 и развивают компетенции у ученика, посредством разработки, созда- ния, сборки и ввода в эксплуатацию роботов. Если говорить коротко, смысл образовательной робототехники, ее ядро – приобретение зна- ний детьми в процессе изготовления робота. Обучение производится с использованием робототехнических наборов.
    Робототехника в образовательной сфере становится предметом изучения сама по себе. Как педагогический ресурс, она определяется как средство стимулирования исследований. Перечислим некоторые цели робототехники как педагогического ресурса:
    • Развитие логического мышления: Логическое мышление раз- вивается как последовательность возможностей, когда ребенок про- являет независимость, выполняя различные специальные функции, такие как классификация, моделирование, объяснение и отношения.
    ◦ В контексте конструирования: развитие практического интел- лекта и творческого мышления.
    ◦ В контексте программирования: формализация процессов дей- ствий и обратной связи.
    • Расширение знаний: в частности, вводятся такие понятия, как механика, электричество, физика в целом, математика, прикладная геометрия, и программирование.
    • Усвоение критериев проектирования и оценки конструкций.
    • Оценка себя как конструктора и изобретателя.
    • Понимание и оценка вклада технологий в мире посредством практического и личного опыта.
    Использование робототехнического оборудования в процессе обучения детей представляет собой как обучение в процессе игры, так одновременно и техническое творчество. Такое соединение спо- собствует воспитанию активных, увлеченных своим делом, самодос- таточных людей нового типа.
    «… Посредством включения робототехнических решений, дос- тупных для реализации в образовательном учреждении, в такие пред- меты, как: математика, информатика, физика, биология, экология, химия, - удается развивать познавательный интерес и мотивацию к учению и выбору инженерных специальностей. Развить творческий

    12 потенциал подростков и юношества в процессе конструирования и программирования роботов …»
    5
    Решение какой-либо конкретной задачи, связанной с разработ- кой, проектированием и созданием робототехнических конструкций предполагает интеграцию в одном процессе когнитивных достижений по ряду учебных предметов (информатика, математика, физика, тех- нология, и др.).
    Основными принципами обучения при этом являются:
    • наглядность;
    • доступность;
    • связь теории с практикой;
    • систематичность и последовательность;
    • прочность закрепления знаний, умений и навыков;
    • научность;
    • сознательность и активность обучения;
    • индивидуальный подход в обучении.
    Инициатива некоторых педагогов по улучшению условий в учебных классах заключалась в том, чтобы использовать роботов как способ объединить знания физики, электроники, механики и инфор- матики. Таким образом, обучающиеся приобретали ресурс, с которым они «учатся, делая». Эта рабочая среда позволяет обучающимся по- нять физические и математические закономерности и концепции, ко- торые ранее были сложными для понимания, облегчая развитие логи- ческого мышления.
    С применением традиционных методов преподавания наук, обу- чающиеся получают теорию из учебников или от преподавателей. В качестве подкрепления к темам проводятся упражнения в виде зада- ний, чтений, презентаций и т.д., где учащиеся должны применять по- лученные знания. Но в зависимости от содержания этого метода не- достаточно, чтобы зафиксировать в сознании обучающихся все необ- ходимые понятия.
    5
    Никитина Т.В. Образовательная робототехника как направление инженерно- технического творчества школьников: учебное пособие. Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, 2014.

    13
    В обучении с применением робототехники, в частности, обу- чающийся сталкивается с конкретными ситуациями, требующими практических решений и теоретической основы, которая приводит его к процессу самообразования. Эта многодисциплинарная техноло- гия включает в себя многие науки в одной структуре, в которой обу- чающиеся могут создавать новые проблемы, что позволяет стимули- ровать здоровую конкуренцию. Правильное применение этой мето- дологии является привлекательным для обучающихся, обучение пе- рестает быть обязательством.
    Образовательная робототехника позволяет:
    - сформировать у обучающихся базовые представления в сфере инженерной культуры;
    - развивать интерес обучающихся к естественным и точным об- ластям науки;
    - развивать нестандартное мышление, а также поисковые навыки в решении прикладных задач.
    Таким образом, цель обучения робототехнике заключается не только в том, чтобы адаптировать обучающихся к современным про- изводственным процессам, но и в гораздо более практическом разви- тии моторных, социальных и командных навыков, укрепляя знания в других науках.
    Образование наряду с наукой и техникой может способствовать формированию в стране модели общества, поэтому важно сбаланси- рованно планировать технологическое развитие в соответствии с его контекстом. Однако внедрение образовательной робототехники в ка- честве учебного ресурса в государственных учебных заведениях страны является сложной задачей. При отсутствии надлежащей среды она должна быть построена совместно со школами: возможностями, материальными и интеллектуальными ресурсами, физическим про- странством и т.д. Обучающиеся должны иметь возможность созда- вать свои собственные представления о концепциях фундаменталь- ной науки и техники путем манипулирования и управления роботи- зированной средой, одновременно с решением конкретных проблем.
    Учителя, в свою очередь, должны иметь возможность направлять

    14 обучающимися и мотивировать их на использование технологических ресурсов для их обучения.
      1   2   3   4   5   6   7


    написать администратору сайта