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Pädagogische Robotik. Einführung der Robotik in den Bildungsraum der Schule. VII. Theoretische Aspekte

Die Robotik in Russland hat sich in letzter Zeit rasant entwickelt. Aus diesem Grund wird dem Einsatz von Hightech-Technologien und -Geräten mit einem hohen Automatisierungs- und Robotisierungsgrad zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt.

Für den Übergang zu neuen Technologien ist ein System zur Ausbildung des Personals für die innovative Wirtschaft (Schüler – Arbeiter – zertifizierter Fachkraft) mit modernen Ansätzen und Motivation erforderlich.

Derzeit findet in verschiedenen Bereichen des menschlichen Lebens eine groß angelegte Robotisierung statt: Maschinenbau, Medizin, Raumfahrtindustrie usw. Industrieroboter sind aus vielen Produktionsbereichen nicht mehr wegzudenken.

Heutzutage erfreut sich die pädagogische Robotik in Schulen und Weiterbildungsvereinen zunehmender Beliebtheit. Die Schüler werden in den Bildungsprozess einbezogen, indem sie Modelle erstellen – Roboter –, Design und Programmierung von Robotergeräten durchführen und an Robotik-Wettbewerben, Wettbewerben, Olympiaden und Konferenzen teilnehmen.

Pädagogische Robotik ist Teil der Ingenieurausbildung. Jetzt ist es notwendig, bereits in der Schule aktiv mit der Popularisierung des Ingenieurberufs zu beginnen. Kinder brauchen technische Vorbilder. Robotik entwickelt Schüler im fortgeschrittenen Entwicklungsmodus und stützt sich dabei auf Informatik, Mathematik, Technologie, Physik und Chemie. Robotik beinhaltet die Entwicklung der pädagogischen und kognitiven Kompetenz von Schülern.

Pädagogische Robotik ist eine Lernumgebung, die auf dem Einsatz von Robotern zu Lehrzwecken basiert. Dabei werden Studierende durch eigenständiges Modellieren und Konstruieren von Modellen (Gegenständen, die ähnliche oder völlig identische Eigenschaften wie reale Gegenstände aufweisen) eingebunden und motiviert. Diese Modelle werden aus verschiedenen Materialien erstellt und von einem Computersoftwaresystem namens Prototyping oder Simulation gesteuert.

In einer Umfrage unter 11- bis 13-Jährigen wurde festgestellt, dass Kinder lieber ihr Zimmer aufräumen, Suppe essen, zum Zahnarzt gehen und den Müll rausbringen, als sich mit Mathematik zu beschäftigen. Wie wirkt sich dieser offensichtliche Mangel an Motivation, Mathematik zu lernen, auf die schulischen Leistungen aus? Leider wirkt sich mangelnde Motivation negativ auf die Leistung in den Bereichen Mathematik, Naturwissenschaften, Technik und Ingenieurwesen (STEM) aus; Bereiche, die für die globale Wettbewerbsfähigkeit, Innovation, Wirtschaftswachstum und Produktivität des Landes von entscheidender Bedeutung sind.

Zu diesem Zweck besteht eine zunehmende Nachfrage nach MINT-bezogener Ausbildung und Kursen für Arbeitnehmer von der technischen bis zur Doktorausbildung. MINT-Ausbildung und -Kurse können letztendlich das durchschnittliche Potenzial von Arbeitnehmern um 26 % steigern. Bis 2019 werden etwa 92 % der traditionellen MINT-Berufe eine zusätzliche Ausbildung einschließlich branchenspezifischer Zertifizierungen erfordern. Darüber hinaus deuten einige Berichte darauf hin, dass auch Nicht-MINT-Arbeitskräfte einige MINT-Kernkompetenzen erwerben müssen, um den globalen Anforderungen gerecht zu werden und in der heutigen technologischen Gesellschaft zu überleben.

Das Lernen durch pädagogische Robotik ermöglicht es den Schülern, über Technologie nachzudenken. Durch das Modellieren, Konstruieren, Programmieren und Dokumentieren autonomer Roboter lernen Schüler nicht nur, wie Technologie funktioniert, sondern wenden auch die in der Schule erlernten Kenntnisse und Fähigkeiten auf sinnvolle und unterhaltsame Weise an. Die Bildungsrobotik bietet zahlreiche Möglichkeiten, nicht nur die Bereiche Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik (STEM) zu integrieren, sondern auch viele andere Bereiche, darunter Alphabetisierung, Sozialkunde, Tanz, Musik und Kunst, und den Schülern die Möglichkeit zu geben, Wege zur Zusammenarbeit zu finden , um ihre Fähigkeiten zur Zusammenarbeit und Selbstdarstellung, zur Problemlösung sowie zum kritischen und innovativen Denken zu entwickeln.

Bildungsrobotik ist ein Lernwerkzeug, das die Erfahrungen der Schüler durch praktisches Lernen verbessert. Am wichtigsten ist, dass Bildungsrobotik aufgrund ihres praktischen Charakters und der Integration von Technologie eine unterhaltsame und interessante Lernumgebung bietet. Eine ansprechende Lernumgebung motiviert die Schüler zum Lernen, unabhängig von den Fähigkeiten und Kenntnissen, die sie benötigen, um ihre Ziele zu erreichen und ein Projekt abzuschließen, das sie interessiert.

Wie können Lehrkräfte das Interesse der Schüler für Fächer wecken, die Kenntnisse in Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik (STEM) erfordern? Bildungsrobotik bietet eine einzigartige Alternative zu herkömmlichen Lehrmethoden.

Das Interesse, Roboter für den Unterricht von Grundschülern einzusetzen, entstand in der ersten Hälfte der 80er Jahre. mit dem Beginn der Nutzung von Programmen, die mit den damals verfügbaren Technologien entwickelt wurden. Aufgrund des begrenzten Zugangs zu verwandten Technologien, der hohen Kosten, des Mangels an Forschung und der Notwendigkeit einer großen Anzahl von Tests blieb es jedoch einige Zeit lang unbeansprucht, was den umfassenden Einsatz von Robotern zu Lehrzwecken verhinderte. Aber die Zeiten haben sich geändert. Im Laufe des letzten Jahrzehnts, mit dem Aufkommen technologischer Innovationen, haben sich Schulkinder dank Audioplayern, Smartphones, Tablets, dem Internet und den durch die Spiele, die sie spielen, geschaffenen virtuellen Welten vollständig an den Umgang mit Technologie gewöhnt. Die Studierenden werden motiviert, diese Geräte zu nutzen, was wiederum dem Unterrichtsalltag eine neue Dimension verleihen kann.

Kleine Kinder sind echte Ingenieure. Sie bauen Festungen, Backsteintürme und Sandburgen und nehmen ihre Spielzeuge auseinander, um herauszufinden, was sich darin befindet. Und auch in diesem Alter sind Kinder mit Baukästen einigermaßen vertraut. Schon vor Erreichen des Kindergartenalters hat jedes Kind mit einem Baukasten gespielt oder weiß zumindest, was das ist. Mit diesem Verein können Sie Kinder in den Lernprozess einbeziehen.

Die Wahl eines Designthemas, das für Kinder wichtig und interessant ist, ist eine große Lernmotivation. Im Unterricht lernten die Kinder zum Beispiel etwas über Blumen. Sie haben einen kleinen Garten angelegt und ihre Aufgabe ist es, ihn vor Schädlingen zu schützen. Der Lehrer schlägt vor, dieses Problem mithilfe von Roboterbausätzen zu lösen.

Jedem Kind wird je nach Wissen und Lernstil eine Rolle im Projekt zugewiesen: Entwickler, Designer, Programmierer, Fotograf usw. Kinder erkunden den Entwurfsprozess anhand der folgenden Schritte zur Lösung eines Problems: Definieren des Problems, Brainstorming einer Lösung für das Problem, Auswahl einer funktionierenden Idee, Entwerfen einer Lösung, Erstellen der Lösung mithilfe von Roboterbausätzen, Programmieren des Modells, Dokumentieren des Prozesses usw Demonstration des resultierenden Entwurfs.

Während der Arbeit an einem Projekt lernen die Studierenden etwas über Physik, Ingenieurwesen und Technologie und entwickeln Teamarbeit und Kommunikationsfähigkeiten, indem sie gemeinsam an einem Problem arbeiten und mit verschiedenen Ideen experimentieren.

Kinder lernen, zusammenzuarbeiten und beginnen schnell, die Bedeutung jedes einzelnen Teammitglieds zu verstehen. Beispielsweise kann ein Entwickler ohne einen Designer nichts erstellen, da er die Designmerkmale nicht kennt, und ein Programmierer kann nicht ohne einen Entwickler arbeiten, da er ohne ein vorgefertigtes Modell nichts zu programmieren hat.

Kinder, die mit Baukästen nicht vertraut sind, sollten auch ein Projekt erstellen, das auf einfachen Mechanismen basiert. Durch das Spielen mit den Bausteinen wird ihnen Spielraum zum Lernen gegeben. Sie können ihnen auch unfertige oder fehlerhaft angefertigte Modelle mitbringen und ihnen die Möglichkeit geben, diese zu korrigieren. Das Ziel besteht nicht darin, den Kindern ein Beispiel zum Nachmachen zu geben, sondern ihnen eine Anleitung zum Erstellen eines Modells zu geben, das es ihnen ermöglicht, sich mit dem Rest der Gruppe auseinanderzusetzen. Es funktioniert wirklich gut und die Kinder begannen damit, das Modell durch Ausprobieren zu reparieren und zu lernen, wie man es programmiert. Sie können unterschiedliche Strategien anwenden, um das Endergebnis zu erreichen.

Für Kinder ist es auch wichtig, sich Notizen zu einem Projekt zu machen. Es hilft ihnen, die erhaltenen Informationen zu systematisieren und sich besser daran zu erinnern. Es hilft auch dabei, ihre Fortschritte bei der Arbeit zu verfolgen.

Die Studierenden entwickeln technische Kenntnisse im Umgang mit Computern, Digitalkameras und anderen Geräten, die sie zum Entwerfen verwenden können. Sie lernen zu programmieren und erlernen die grundlegenden technischen Konzepte, die für eine korrekte Modellierung erforderlich sind. Während sie ihre technische Beherrschung entwickeln, drücken sie sich auf vielfältige Weise aus, indem sie ihr Projekt modellieren, schreiben, fotografieren und diskutieren. Und am wichtigsten ist, dass sie als Lernende Selbstwertgefühl und Selbstvertrauen entwickeln.

Das oben Gesagte zeigt, dass Bildungsrobotik ein leistungsstarkes Werkzeug ist, das für den Unterricht eingesetzt werden kann.

Kinder bauen ihr Wissen auf, indem sie Projekte modellieren, die für sie von Bedeutung sind, und ihre eigenen Ideen mithilfe unabhängig entwickelter Algorithmen umsetzen.
Kinder lernen durch gleichzeitiges Arbeiten in der virtuellen (Programmierung) und realen Welt (Modellerstellung);
Durch den Vergleich von Bedingungen und Ergebnissen beim Programmieren und Testen eines Modells stoßen Kinder auf kognitive Konflikte.
Kinder lernen durch Reflexion und Reproduktion ihres eigenen Wissens, Diskussion ihrer Beobachtungen;
Kinder lernen durch Gespräche, die auf Zusammenarbeit, Diskussion und Argumentation basieren.

Robotik ist ein universelles Werkzeug für die Bildung. Es eignet sich sowohl für die Zusatzausbildung als auch für außerschulische Aktivitäten. Es ist auch eine gute Option, es als Fach im Lehrplan zu unterrichten, da es den Anforderungen des Landesbildungsstandards vollständig entspricht. Robotik kann man in jedem Alter erlernen.

Darüber hinaus ist der Einsatz von Robotergeräten gleichzeitig Lernen, Spiel und Kreativität, was Leidenschaft und Interesse sowie die Entwicklung des Kindes im Lernprozess garantiert.

Die pädagogische Robotik ermöglicht es, technische Neigungen von Schülern frühzeitig zu erkennen und sie in diese Richtung weiterzuentwickeln. Derzeit gibt es eine große Anzahl verschiedener Roboterbausätze für jeden Bedarf. Jedes der Sets hat seine eigenen Eigenschaften. Dazu gehören die Anzahl und Art der Teile im Set sowie verschiedene Programmierumgebungen, die bekannte Sprachen imitieren oder unterstützen.

Robotik- ein universelles Werkzeug für die Bildung. Es fügt sich in die Weiterbildung, in außerschulische Aktivitäten und in den Unterricht von Schulfächern ein und orientiert sich strikt an den Anforderungen des Landesbildungsstandards. Geeignet für alle Altersgruppen – vom Vorschulkind bis zur Berufsausbildung. Darüber hinaus ist das Unterrichten von Kindern im Umgang mit Robotergeräten sowohl spielerisches Lernen als auch technische Kreativität zugleich, was zur Bildung aktiver, berufsbegeisterter und autarker Menschen eines neuen Typs beiträgt. Es ist wichtig, dass der Einsatz von Robotik als innovative Technik im Unterricht von Regelschulen, Kindergärten und weiterführenden Bildungseinrichtungen den gleichberechtigten Zugang von Kindern aller sozialen Schichten zu modernen Bildungstechnologien gewährleistet.

Die pädagogische Robotik ermöglicht es, technische Neigungen von Schülern frühzeitig zu erkennen und sie in diese Richtung weiterzuentwickeln.

Robotik kann in der Primar-, Grund- und Sekundarstufe (vollständige) Allgemeinbildung, im Bereich der beruflichen Grundbildung sowie in der Sonderausbildung (Justizvollzug) eingesetzt werden.

Eines der wichtigen Merkmale der Arbeit mit pädagogischer Robotik sollte sein Schaffung eines kontinuierlichen Systems- Robotik soll daran arbeiten, technische Kreativität zu entwickeln und den zukünftigen Ingenieur auszubilden, vom Kindergarten bis zum Berufseinstieg und sogar zum Einstieg in die Produktion.

Vorschulbildung

Erstmals entsteht aus den Händen eines Kindes ein Produkt, das tatsächlich die beabsichtigten Handlungen ausführen und die gestellten Aufgaben lösen kann. Durch die Erstellung erster Modelle erlernen Kinder erstmals die Grundprinzipien des Entwerfens und Programmierens.

Designer „Erste Entwürfe“, „Erste Mechanismen“

Grundschule

Thema „Die Welt um uns herum“

Die soziale Ordnung der Gesellschaft schreibt vor, dass ein modernes Schulkind die Welt um sich herum nicht nur auf theoretischer Ebene kennenlernen, sondern ihre Geheimnisse auch direkt in der Praxis begreifen muss. Eine Verbindung von Theorie und Praxis ist möglich, wenn Sie in der Grundschule pädagogische Robotik im Unterricht über die Umwelt (mehr als 25 Themen) einsetzen, was einen erheblichen Einfluss auf die Entwicklung der Sprache und der kognitiven Prozesse der Schüler (sensorische Entwicklung, Entwicklung) hat des Denkens, der Aufmerksamkeit, des Gedächtnisses, der Vorstellungskraft) sowie der emotionalen Sphäre und kreativen Fähigkeiten. Zum Beispiel im Programm von Pleshakov A.A. Mit der pädagogischen Robotik „Green House“ können Sie im Unterricht dynamische Diagramme erstellen, die bestimmte Phänomene widerspiegeln, und die Demonstration von Experimenten hell, farbenfroh und visueller gestalten.

Grund- und Oberschule

Während des Unterrichts beschäftigen sich die Kinder nicht nur und nicht so sehr mit der Robotik, sondern nutzen sie als eine Art interaktives Element, mit dessen Hilfe einige theoretische Kenntnisse in der Praxis gefestigt werden. Theoretisches Wissen kann sowohl in den exakten Wissenschaften: Mathematik und Physik als auch in den Naturwissenschaften: Chemie, Astronomie, Biologie, Ökologie erworben werden.

Kommerzielle Unternehmen, die sich aktiv für Bildungsrobotik einsetzen, erkannten die Notwendigkeit, Lehrmaterialien für solche Programme vorzubereiten, und so erschienen die Lehrkits „Green City“ und „Space Challenge“.

Fachgebiet „Physik“

Im Physikunterricht kann Robotik für Labor-, praktische Arbeiten und Experimente sowie für Forschungsprojektaktivitäten beim Studium der Abschnitte „Physik und physikalische Methoden zur Erforschung der Natur“, „Mechanische Phänomene“, „Thermische Phänomene“, „Elektrik“ eingesetzt werden und magnetische Phänomene“, „Elektromagnetische Schwingungen und Wellen“.

Fachgebiet „Informatik“

Pädagogische Konstrukteure ermöglichen den Studierenden eine intensivere Ausbildung von Schlüsselkompetenzen im Informatikunterricht beim Studium der Abschnitte: „Informationsgrundlagen von Managementprozessen“, „Vorstellung von Objekten in der umgebenden Welt“, „Vorstellung eines Systems von Objekten“, „Hauptstufen“. der Modellierung“, „Algorithmen. Algorithmus-Ausführer“, „Programmierumgebung“, „PC-Architektur“. Interaktion von Computergeräten.“

Thema „Technik“

Die pädagogische Robotik lässt sich am harmonischsten in Abschnitte des Fachs „Technik“ wie „Maschinen und Mechanismen“, „Grafische Darstellung und Modellierung“ und „Elektrotechnische Arbeiten“ integrieren.

Fach „Mathematik“

Eines der anschaulichsten und einfachsten Beispiele für die Festigung von Wissen aus einem Schulmathematikkurs ist die Berechnung der Flugbahn eines Roboters. Je nach Kenntnisstand kann hier sowohl die übliche Trial-and-Error-Methode als auch der wissenschaftliche Ansatz zum Einsatz kommen: Hier sind ggf. die Eigenschaften der Proportionen (6.-7. Klasse) und Kenntnisse der Formel für den Umfang (8.-9.) erforderlich. und sogar Trigonometrie (10. Klasse).

Außerschulische Aktivitäten

Die projektorientierte Zusammenarbeit mit dem Designer ermöglicht Ihnen die Organisation von Wahl-, Heim- und Fernunterricht.

In der Schule können Kinder an Vereinen und Wahlfächern teilnehmen und Kurse an weiterführenden Bildungseinrichtungen besuchen. Die Arbeitsformen können vielfältig sein: allgemeine Entwicklungsclubs für Kinder der Grund- und Mittelstufe; Design- und Forschungszirkel für Gymnasiasten, Einbeziehung der auf Bildungsdesignern basierenden Forschung in die Aktivitäten der wissenschaftlichen Studentengesellschaft und vieles mehr.

Durch die Organisation von Robotikclubs können Sie eine ganze Reihe von Problemen lösen, darunter die Anziehung gefährdeter Kinder, die Schaffung von Bedingungen für die Ausdrucksweise von Teenagern und die Schaffung einer Erfolgssituation für alle Kinder, denn Robotik ist auch eine Möglichkeit, die Freizeit von Kindern und Jugendlichen zu organisieren Nutzung moderner Informationstechnologien.

Darüber hinaus können wir durch den Einsatz pädagogischer Konstrukteure begabte Kinder identifizieren, ihr Interesse wecken und Fähigkeiten für praktische Lösungen aktueller Bildungsprobleme entwickeln.

Berufsausbildung

Wenn ein Student dank der Bildungsrobotik kurz vor dem Übergang in die Berufsausbildung steht, hat er in der Regel bereits seine Berufswahl getroffen. Die Integration der Robotik in den Bildungsprozess in Berufsbildungseinrichtungen, sei es eine NGO, eine weiterführende Berufsbildungseinrichtung oder eine Universität, hilft einem Teenager nicht nur, technische Neigungen zu entwickeln, sondern hilft ihm auch, das Wesentliche seines gewählten Berufs zu verstehen. Mit der Robotik können Sie professionelles Wissen durch Modellierung, Design und Programmierung umsetzen. Das Hauptziel bei der Integration der Robotik auf der Ebene der Berufsbildung besteht darin, das Zusammenspiel von Bildung, Wissenschaft und Produktion sicherzustellen.

Konstrukteure zum Erstellen von Robotern

Die ingenieurtechnische und technische Ausrichtung des Einsatzes pädagogischer Robotik bietet einem Kind eine hervorragende Gelegenheit, sein Wissen auf dem Gebiet des Ingenieurwesens und des technischen Denkens unter Beweis zu stellen, indem es mithilfe einfacher und komplexer technischer Mechanismen und technischer Lösungen schnell (mobile) Konstrukteure erstellt.

Derzeit werden im Bildungsbereich verschiedene Robotersysteme eingesetzt, beispielsweise LEGO Education, FischerTechnik, Mechatronics Control Kit, Festo Didactic und andere.

Lego Education-Reihe

Die Lego Education-Reihe umfasst Lego WeDo und Lego Mindstorms.

Lego WeDo

Der Konstrukteur ist für Kinder im Vorschul- und Grundschulalter gedacht. Obwohl die elementare Basis dieses Baukastens stark vereinfacht ist, enthält er die gleichen Ideen, praktisch die gleiche Elektronik und Software wie in Lego Mindstorms. Wenn Sie möchten, können Sie mit diesem Set alte Lego-Teile und kompatible verwenden. Mit Lego WeDo können sogar Kinder im Vorschulalter praktisch selbstständig oder mit minimaler Hilfe von Erwachsenen arbeiten.

Anzahl der Teile im Lego WeDo-Set: 158. Das Set enthält 4 Anleitungen mit jeweils 3 Modellen. Als Ergebnis erhalten Sie 12 Lektionen – 12 Modelle für 4 Themen.

Software: LEGO® WeDo™ FirstRobot

Lego Mindstorms

Dabei handelt es sich um den bekanntesten und am weitesten entwickelten programmierbaren Baukasten auf dem Markt der Gaming-Robotik- und Elektronikbaukästen, der es jedem Schulkind ermöglicht, einen echten Roboter zusammenzubauen. Die gesamte Elektronik ist in die Lego-Teile integriert, was den Zusammenbau erleichtert. Ein fantastisches Monster, eine Industriemaschine oder ein friedliebender Androide – mit Lego Mindstorms wird jede Fantasie zum Leben erweckt. Die endlosen Möglichkeiten des Designers und die Flexibilität der Software werden selbst Erwachsene stundenlang fesseln.

Programmierumgebung(NXT G ist eine vereinfachte Version des LabVIEW-Programms) so einfach wie möglich: Die Aktionen des Roboters werden durch Symbole angezeigt, die in der erforderlichen Reihenfolge zusammengestellt werden müssen.

Es werden die Grundprinzipien des Entwurfs und der Programmierung verschiedener Robotertypen untersucht: mobile, gehende, balancierende, Manipulatoren usw.

Sie sind mit einem Satz Standard-LEGO-Teilen (Stöcke, Achsen, Räder, Zahnräder) und einem Satz bestehend aus Sensoren, Motoren und einem programmierbaren Block ausgestattet. Sets sind in Basis- und Ressourcensets unterteilt.

NXT-Basisset gibt es in drei Versionen:

8527 LEGO MINDSTORMS NXT – erste Version des kommerziellen Sets, 577 Teile;
9797 LEGO MINDSTORMS Education NXT Basisset – 431-teiliges pädagogisches Lernset;
8547 LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 – zweite Version des kommerziellen Sets, 619 Teile.

Zusammensetzung des EV3-Roboterbausatzes

Alle drei Sets enthalten die gleiche Version der NXT-Smart-Einheit, lediglich die Firmware-Versionen unterscheiden sich, was aber keine Rolle spielt, da die Firmware einfach aktualisiert werden kann. In dieser Hinsicht sind also alle drei Sätze völlig gleichwertig.

EV3 3.0 Basisset kommt in einer Version 31313. Das LEGO EV3-Bauset hat sich geändert. Es gibt mehr Zahnräder und durchbrochene Elemente. Wir haben einige der unnötigen kleinen Stifte entfernt. Aber am wichtigsten ist, dass das „Gehirn“ des Computers endlich bedeutende Veränderungen erfahren hat und verspricht, nicht nur für Kinder, sondern auch für erwachsene Robotiker ein interessantes Spielzeug zu werden.

Inhalt des EV3 3.0-Pakets

zentrale Steuereinheit
3 Servos (zwei große und ein kleines)
Drucksensor (Berührungssensor, einfach eine Taste)
Farbsensor
Abstandssensor

Es gibt auch Ressourcensätze: 9648 und 9695 LEGO MINDSTORMS Bildungsressourcenset – mittleres Ressourcenset, 817 Teile. Der Ressourcensatz enthält mehr Typen und eine größere Anzahl von Teilen. Beide Sets können zur Teilnahme an Robotik-Wettbewerben (zum Beispiel an der World Robot Olympiad) genutzt werden.

Roboter, die mit EV3 gebaut werden können

EV3-Firmware (EV3-Firmware V1.03H.bin)
EV3-Software (LMS-EV3-WIN32-RU-01-01-full-setup.exe)
Online-Shop von SMARTBRICKS – dem einzigen russischen Unternehmen, das Komponenten für LEGO-Robotersets herstellt

Konstrukteur FischerTechnik

FischerTechnik-Bausätze werden von der deutschen Firma fischertechnik GmbH hergestellt.

Es ist anzumerken, dass die Marke FischerTechnik in Russland zwar nicht so bekannt ist wie Lego, in Europa jedoch nicht nur eine weit verbreitete Marke für Kunststoffbaukästen für Kinder, sondern auch ein führender Anbieter von pädagogischen Baukästen und Modellen für Schulen und Fachschulen ist . Vor kurzem wurde das Sortiment an FischerTechnik-Baukästen auf mehrere Dutzend Modelle unterschiedlicher Schwierigkeitsgrade für Kinder ab 5 Jahren erweitert.

Das Hauptelement des Konstruktors ist ein Block mit Nuten und einem Schwalbenschwanzvorsprung. Diese Form ermöglicht es, Elemente in nahezu beliebiger Kombination zu verbinden. Zu den Baukästen gehören außerdem programmierbare Steuerungen, Motoren, verschiedene Sensoren und Netzteile, mit denen Sie mechanische Strukturen in Bewegung setzen, Roboter bauen und diese am Computer programmieren können.

Bildungslabor ROBO TX – ein Set zum Bau mobiler Roboter und automatischer Geräte. Besteht aus mehr als 310 Bauteilen, aus denen Sie 11 verschiedene Robotermodelle zusammenbauen können, zum Beispiel einen Fußballspielerroboter, eine Waschmaschine, einen Laderoboter und andere.

Wie Lego kann FischerTechnik praktisch sein, wenn Sie bereits über solche Baukästen verfügen und alte Teile zum Bauen von Modellen verwenden möchten.

Programmierumgebung: ROBO Pro.

Arduino-Konstrukteur

Das Arduino-Projekt ermöglicht Ihnen den Einstieg in die Welt der Robotik zu minimalen Kosten. Das einzige „Aber“ ist, dass Programme für die in Arduino verwendeten Mikroprozessoren in Assembler oder mit speziellen Übersetzern aus anderen Sprachen geschrieben sind. Dies ist das Niveau von Gymnasiasten und Universitätsstudenten. Die Arduino IDE erfordert Kenntnisse in den Sprachen C oder Java. Und in der Regel werden Arduino-Boards als Bausatz zur Selbstmontage geliefert, was die Notwendigkeit von Lötarbeiten mit anschließendem Debuggen und erneutem Löten der zusammengebauten Komponenten mit sich bringt.

Android-Roboter von Bioloid

Das Bioloid Comprehensive Kit ist ein Set, mit dem Sie bis zu 26 Roboterdesigns zusammenbauen können. Von einer einfachen Barriere mit 1 Freiheitsgrad bis hin zu einer Spinne oder einem Humanoiden mit 18 Freiheitsgraden. Darüber hinaus bietet Ihnen dieser Bausatz die Möglichkeit, Ihren eigenen einzigartigen Roboter zu erstellen, indem Sie ihn selbst entwerfen, zusammenbauen und programmieren.

Das Bioloid Premium Kit ähnelt den LEGO Mindstorms-Baukästen, ist jedoch professioneller und fortschrittlicher. Das Set wird an der United States Naval Academy als Lehrmittel in einem Maschinenbaukurs eingesetzt. Das Bioloid-Set wird auch häufig von Teilnehmern internationaler RoboCup-Wettbewerbe verwendet.

BEAM-Roboter

BEAM - Biologie (Biologie), Elektronik (Elektronik), Ästhetik (Ästhetik), Mechanik (Mechanik). Durch Löten entstehen Roboter aus Grundelementen.

BEAM-Roboter werden im Gegensatz zu herkömmlichen Robotern, die auf digitaler Technologie und Mikroprozessoren basieren, mithilfe analoger Schaltkreise erstellt. Anstelle eines diskreten Programms wird das Verhalten von Robotern durch analoge neuronale Schaltkreise bestimmt, die flexibel einen Weg wählen können, um Hindernissen auszuweichen und auf die Welt um sie herum zu reagieren.

Robotik-Wettbewerb

Einer der wichtigen Aspekte, um Kinder dazu anzuregen, selbstständig kreatives Denken zu entwickeln und das Interesse an technischer Bildung aufrechtzuerhalten, ist ihre Teilnahme an Wettbewerben, Olympiaden, Konferenzen und technischen Festivals.

Es gibt ein ganzes System von Robotik-Wettbewerben auf verschiedenen Ebenen: regional, interregional, gesamtrussisch, international.

In der Region Samara findet jährlich ein regionales Robotikfestival nach den Regeln der Weltolympiade statt. Dieser Wettbewerb ist der erste Schritt zur Teilnahme an Wettbewerben wie „Robofest“, „Eurobot“, „Roboworld“, dem Sportwettbewerb „Robojam“ und „World Robot Olympia“.

Robotik-Wettbewerbe unterscheiden sich in mehrfacher Hinsicht von anderen Wettbewerbsveranstaltungen:

Unterhaltung: Das Kind sieht die positive Arbeit seiner Altersgenossen, fortgeschrittene technische Errungenschaften und neue Lösungen im Bereich der Robotik.
Wettbewerbsfähigkeit: ermöglicht es Ihnen, das am besten vorbereitete Team zu identifizieren, das in der Lage ist, die vom Trainer (Organisator) gestellte Aufgabe schnell zu lösen.
Glücksspiel: Der Wunsch von Kindern, zu führen, ihren Mitmenschen einen Schritt voraus zu sein und ein bestimmtes Problem schnell und kompromisslos zu lösen, kommt bei Robotik-Wettbewerben am deutlichsten zum Ausdruck.

Robotik: Design und Programmierung, Titelseite
Methoden zum Unterrichten von Robotik basierend auf dem Lego Mindstorms NXT-Konstruktor

Arbeitsprogramm „Pädagogische Robotik“ unter Berücksichtigung des Landesbildungsstandards
Bildungsprogramm zum Thema Robotik in der Grundschule Lego WeDo (außerschulische Aktivitäten, Klassen 1-3)
Arbeitsprogramm des Technikkurses für die Klassen 5-7 mit pädagogischer Robotik

Fortbildungskurse in pädagogischer Robotik

Kurs „RoboEd – Grundlagen der Robotik“ ()

Der Kurs „RoboEd – Grundlagen der Robotik“ beinhaltet eine verallgemeinerte Erfahrung aus langjähriger Robotikvermittlung im Unterricht und Zusatzunterricht an Schulen in St. Petersburg sowie grundlegende Informationen aus dem Bereich Mechanik, Kybernetik und Programmierung. Am Beispiel einfacher praktischer Aufgaben mit dem Lego Mindstorms NXT-Konstruktor und der grafischen Umgebung Robolab werden eine Reihe von Themen aus dem Bereich der Theorie der automatischen Steuerung aufgezeigt. Der Kurs richtet sich an Schüler ab der 5. Klasse sowie deren Lehrer und Eltern. Die Ergebnisse des Kurses wurden bei zahlreichen Wettkämpfen und Olympiaden wiederholt getestet.

Arbeitsintensität des Kurses 100 Stunden. Nach erfolgreichem Abschluss des Kurses wird ein vom Kursautor unterzeichnetes Zertifikat ausgestellt. Um ein Zertifikat zu erhalten, müssen Sie spätestens zwei Wochen nach dem vereinbarten Termin mindestens 80 % der Umfragen und Übungen abgeschlossen haben. Um ein Zertifikat mit Auszeichnung zu erhalten, müssen Sie alle Umfragen und alle Übungen spätestens zwei Wochen nach dem vereinbarten Termin absolvieren.

Robotik in der Bildung

Es gibt viele wichtige Probleme, denen niemand Aufmerksamkeit schenken möchte, bis die Situation katastrophal wird.

Eines dieser Probleme in Russland ist die unzureichende Versorgung mit Ingenieurpersonal. Immer häufiger stürzen Weltraumraketen und Satelliten ab, es kommt zu von Menschen verursachten Katastrophen aufgrund unzureichender Professionalität des Wartungspersonals, der Entwickler und Designer.

Dies hat natürlich mehrere Gründe. Allerdings stellen alle, die mit dem Bildungsumfeld zu tun haben, einhellig fest, dass in den letzten Jahren das Interesse der Schüler am Studium der Physik, Mathematik, Astronomie (die übrigens vollständig aus dem Lehrplan gestrichen wurde) und anderen Fächern zurückgegangen ist exakte Wissenschaften und infolgedessen sinkt die Qualität der Bildung im Allgemeinen.

Zum Beispiel A.M. Reiman, ein leitender Forscher am Institut für Angewandte Physik der Russischen Akademie der Wissenschaften, glaubt: „Ich habe das allgemeine Gefühl einer Verschlechterung der Bildung auf der Sekundarstufe, was zu einem Rückgang der Zahl der an einem Studium interessierten Oberstufenschüler führt.“ ... Physik kann und soll gelehrt werden. Und das muss frühzeitig geschehen, bevor die Augen des Kindes strahlen und sich keine utilitaristische Lebenseinstellung entwickelt. ... Und sie werden auch etwas über die moderne Wissenschaft wissen, und es wird ihnen nicht erlaubt sein, herumzualbern ...“

Die Motivation von Kindern, sich ernsthaft mit Naturwissenschaften zu befassen, sollte so früh wie möglich beginnen, am besten bereits in der Grundschule! Woher kommt diese Schlussfolgerung? Bei der Befragung von Kindern, ob sie gerne in technischen Vereinen mitmachen würden, ergab sich folgendes Bild: In der neunten und höheren Klasse gab es praktisch kein Interesse an den Klassen 6-8, Interesse zeigte sich vor allem bei den Kindern, die selbstständig zu Hause waren bzw in Organisationen Zusätzliche Ausbildung umfasst Legobau, Funkelektronik und Programmierung. Doch bei den Viertklässlern war das Interesse einfach riesig. Das heißt, wenn Kinder unter 11-12 Jahren noch nicht mit technischer Kreativität in Berührung gekommen sind, ist es mit zunehmendem Alter ziemlich schwierig, ihr Interesse an dieser Aktivität zu wecken. Daher müssen in der Grundschule und in der fünften Klasse Arbeiten zur Propädeutik der Robotik, zur Physik und zum Kennenlernen der Anfänge des Programmierens durchgeführt werden. Dadurch kommen die Kinder mit ausgeprägten Designfähigkeiten, ausgeprägtem algorithmischem Denken und gewecktem Interesse am Experimentieren in die weiterführende Schule.

Daher ist es notwendig, aktiv damit zu beginnen, das Interesse an den exakten Wissenschaften und der Massenpopularisierung des Ingenieurberufs zu wecken, und solche Schritte müssen bei Kindern schon in einem relativ frühen Alter unternommen werden. Es ist notwendig, der Gesellschaft das Masseninteresse an wissenschaftlicher und technischer Kreativität zurückzugeben.

Derzeit gibt es eine ausreichende Anzahl von Bildungstechnologien, die zur Entwicklung von kritischem Denken und Fähigkeiten zur Problemlösung beitragen, aber in Bildungsumgebungen, die durch Wissenschaft, Technologie und Mathematik zu Innovationen anregen, Kreativität und die Fähigkeit, eine Situation zu analysieren, fördern, theoretisches Wissen anwenden, um reale Probleme zu lösen. Heutzutage besteht ein gewisser Mangel.

Der vielversprechendste Weg in diese Richtung ist die Robotik, die es ermöglicht, Kinder spielerisch an die Naturwissenschaften heranzuführen. Robotik ist eine effektive Methode zum Studium wichtiger Bereiche der Naturwissenschaften, Technik, Design und Mathematik und ist Teil eines neuen internationalen Paradigmas: der MINT-Ausbildung (Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen, Mathematik).

Die Organisation eines Robotiklabors in einer Schule oder einer weiterführenden Bildungseinrichtung bedeutet:

Einführung moderner wissenschaftlicher und praktischer Technologien in den Bildungsprozess;
Förderung der Entwicklung der wissenschaftlichen und technischen Kreativität von Kindern;
Popularisierung des Ingenieurberufs und Errungenschaften auf dem Gebiet der Robotik;
neue Formen der Arbeit mit hochbegabten Kindern;
effektive Formen der Arbeit mit Problemkindern;
innovative Lernmöglichkeiten;
Gaming-Technologien im Bildungswesen;
Popularisierung naturwissenschaftlicher und technischer Berufe.

Robotik in der Schule ist eine großartige Möglichkeit, Kinder auf das moderne Leben voller Hochtechnologie vorzubereiten. Dies ist notwendig, da unser Leben einfach mit verschiedenen High-Tech-Geräten ausgestattet ist. Sein Wissen eröffnet der jungen Generation viele Möglichkeiten und wird die Weiterentwicklung der Technologie beschleunigen.

Bereits 1980 schlug Logo Seymour Paper, der Begründer der Programmiersprache, in seinem Buch den Einsatz von Computern zum Unterrichten von Kindern vor. Paper stützte seinen Vorschlag auf die natürliche Neugier von Kindern und die Mittel, diese zu befriedigen. Schließlich ist jedes Kind ein Architekt, der selbstständig die Struktur seines eigenen Intellekts aufbaut, und wie Sie vielleicht erraten haben, braucht jeder Architekt das Material, aus dem alles gebaut wird. Und es ist die Umgebung, die genau das Materielle ist. Und je mehr dieser Materialien, desto mehr kann das Kind erreichen.

1. Warum brauchen wir Robotikkurse für Kinder?

Es ist zu beachten, dass Kinder im Alltag zu Hause, in der Schule und in öffentlichen Einrichtungen von den unterschiedlichsten technischen Geräten und Geräten umgeben sind:

Computer;
FERNSEHER;
Automatische Waschmaschine;
Tablet-PCs;
Smartphones, Telefone und vieles mehr.

Sowohl für Kinder als auch für viele Erwachsene sind alle diese Geräte völlig unbekannte Objekte, das heißt, jeder weiß, wozu dieses oder jenes Gerät dient und wie man es benutzt, aber das Funktionsprinzip ist nur wenigen bekannt . Da stellt sich die Frage: Ist es überhaupt notwendig, das zu wissen? Die Antwort ist natürlich und vor allem, um sich selbst zu schützen und die Lebensdauer des von Ihnen verwendeten Geräts zu verlängern.

Viele fragen sich vielleicht auch: Was hat Robotik damit zu tun? Um die Antwort zu erhalten, lohnt es sich zu verstehen, was ein Roboter ist. Dabei handelt es sich um einen automatisierten Mechanismus, der über ein Programm zur Ausführung einer bestimmten Funktion verfügt. Mit anderen Worten, eine normale automatische Waschmaschine kann als Roboter bezeichnet werden, der zum Waschen, Spülen und Auswringen von Kleidung programmiert ist und für den verschiedene Modi vorgesehen sind.

Das Robotikprogramm der Schule ermöglicht es Kindern, mehr über die Funktionsweise solcher Geräte zu lernen. Dadurch werden Kinder mobiler und bereit, verschiedene Innovationen in den Alltag einzuführen. Gleichzeitig werden sie in der Lage sein, technisch versierter zu sein. Im theoretischen Teil dieser Ausgabe helfen den Kindern Fächer wie Physik, Mathematik, Informatik, Chemie und Biologie. Aber ein Synthesizer dieser Wissenschaften, der in der Lage ist, das technische Kompetenzniveau der jüngeren Generation durch wissenschaftliche und praktische Forschung und kreative Projekte zu entwickeln, ist das Robotik-Arbeitsprogramm in der Schule.

1.1. Das Interesse der Kinder am Lernen

Es ist erwähnenswert, dass Robotikkurse in Schulen dank der Neugier der Kinder durchaus zur interessantesten Methode zum Lernen und Studieren nicht nur digitaler Technologien und Programmierung, sondern auch der gesamten Welt um uns herum und sogar uns selbst werden können.

Gleichzeitig besteht die Besonderheit dieses Faches darin, dass Kinder nicht nur in der Schule, sondern auch zu Hause und im Alltag ständig mit verschiedenen Technologien in Berührung kommen. Dadurch steigt das Interesse am Wissenserwerb deutlich und die Informationsaufnahme wird einfacher und schneller.

1.2. Die Hauptprobleme des Robotikprogramms in der Schule

Bei der Einführung von Robotikkursen in den Lehrplan der Schule im Bildungsprozess stehen wir vor zwei Hauptproblemen:

Unzureichendes Niveau an Lehrmaterialien;
Hohe Kosten für eine Einheit Roboterkonstrukteur. Bemerkenswert ist, dass in den allermeisten Fällen auf ausländische Entwicklungen zurückgegriffen wird.

Derzeit können in Schulrobotikprogrammen verschiedene spezielle Robotersysteme eingesetzt werden, wie z. B. Mechatronics Control Kit, Festo Didactic, LEGO Mindstorms usw. Wir können jedoch die Komplexe herausgreifen, die in Russland am weitesten verbreitet sind. Dazu gehören Folgendes:

LEGO Mindstorms. Hierbei handelt es sich um einen speziellen Baukasten der neuen Generation, der 2006 von Lego eingeführt wurde. Das Gehirn des Roboterdesigners ist der Lego-Mikrocomputer. An seine Anschlüsse sind verschiedene Sensoren und Aktoren (Mechanismen) angeschlossen. Je nach Vorstellungskraft des Designers kann der Roboter in Form einer Person, einer Maschine, eines Tieres usw. zusammengebaut werden. Gleichzeitig ist der konstruierte Mechanismus in der Lage, verschiedene Funktionen auszuführen. Um das Verhalten des Roboters festzulegen, müssen Sie ein Programm schreiben. Dies kann entweder über den Mikrocomputer selbst, der über Tasten verfügt, oder über eine spezielle Software auf einem PC erfolgen.
Designer Fischertechnik. Dieser Designer ist ein Entwicklungsdesigner. Es ist für Kinder, Jugendliche und Studenten geeignet. Mit einem solchen Designer können Sie eine Vielzahl von Robotern erstellen und ihnen mithilfe eines Computers Programme zuweisen.
Kratzbrett.
Arduino.
Designer UMKI. Solche Module sind mit einem Mikroprozessor sowie Sensorsätzen ausgestattet.

Alle diese Module sind relativ teuer und daher weniger zugänglich. Gleichzeitig sind sie jedoch in der Lage, Kinder in allen Bereichen der Robotik aktiv zu entwickeln – Denk-, Logik-, Algorithmik- und Computerfähigkeiten sowie Forschungsfähigkeiten und vor allem technische Kenntnisse.

2. Pädagogische Robotik in der Grundschule

Angesichts der oben genannten Probleme ist das Robotikprogramm in der Schule derzeit noch nicht überall verfügbar. Aber auch ohne den Einsatz spezieller Geräte, Konstrukteure und echter Roboter in schulischen Informatik- und IKT-Programmen lohnt es sich, mit dem Studium der Einführung in die Robotik zu beginnen. Dies ermöglicht den Studierenden eine tiefere Einarbeitung in das Thema und hilft auch bei weiteren Schritten in diesem Wissensbereich. In diesem Fall reicht es aus, nur zwei Unterrichtsstunden durchzuführen, wonach die Kinder in der Lage sind, sich selbstständig mit der Robotik zu befassen.

Grundlagen der Robotik für Grundschulkinder ermöglichen es den Schülern zu verstehen, was ein Roboter ist und wie er funktioniert. Für Kinder wird es auch interessant sein zu erfahren, dass der Begriff „Roboter“ bereits 1920 vom Science-Fiction-Autor Karel Capek geprägt wurde. Dies sind die Grundlagen der Robotik, die es Ihnen ermöglichen, in eine Welt voller erstaunlicher Erfindungen und Hochtechnologien einzutauchen, die bei Kindern sofort großes Interesse an dieser Wissenschaft wecken.

Darüber hinaus werden die Grundlagen der Robotik Kindern helfen, die sich in ihrer zukünftigen Ausbildung für das Studium von Robotern entscheiden.

Technologien stehen nicht still, sie entwickeln sich ständig weiter und es ist gut möglich, dass Ihr Kind oder Schüler einen Nanoroboter entwickelt, der die komplexesten Krankheiten behandeln kann. Das Robotikprogramm an der Schule ist ein großer Schritt in Richtung der Technologien der Zukunft, in Richtung der Entwicklung und Verbesserung der Technologie.

3. Meisterkurs zum Thema Robotik: Video

Ministerium für Bildung und Wissenschaft der Region Tjumen

Staatliches Regionalinstitut Tjumen

Entwicklung der regionalen Bildung

LEHRREICH

ROBOTIK
Richtlinien

Zusammengestellt von:

Boyarkina Yu.A., Ph.D., außerordentliche Professorin der Abteilung für naturwissenschaftliche und mathematische Bildung TOGIRRO

Pädagogische Robotik.

Toolkit. / Zusammengestellt von Boyarkina Yu.A. -

Tjumen: TOGIRRO, 2013

Dieses Handbuch ist eine methodische Hilfe für Fachkräfte und Lehrer von Bildungseinrichtungen, die praktische Aktivitäten bei der Umsetzung von Bildungsprogrammen im Bereich der Bildungsrobotik durchführen.

Das Handbuch untersucht eine Reihe von Fragestellungen im Zusammenhang mit dem Einsatz von Bildungsrobotik im Unterricht an Grund-, Haupt- und Oberschulen im Kontext der Einführung des Landesbildungsstandards. Das Handbuch enthält bewährte Materialien, die die Erfahrungen bei der Einführung von Bildungsrobotik durch Bildungseinrichtungen in der Region Tjumen zusammenfassen.

Das Methodenhandbuch empfiehlt sich für Lehrkräfte, die allgemeinbildende Programme im Rahmen der Einführung des Landesbildungsstandards in einer Bildungseinrichtung durchführen, für Methodiker, die die Umsetzung der Robotik betreuen, für Studierende von Fortbildungsstudiengängen und für Leiter von Bildungseinrichtungen.

KAPITELICH

THEORETISCHE GRUNDLAGEN UND METHODISCHE MERKMALE DER UMSETZUNG DER ROBOTIK IN DEN BILDUNGSPROZESS DER SCHULE

Ein guter Ingenieur muss aus vier Teilen bestehen: 25 % – Theoretiker sein; 25 % Künstler, 25 % Experimentator und 25 % Erfinder

P.L.Kapitsa

Bereits in der Schule sollen Kinder die Möglichkeit dazu haben
Entdecken Sie Ihre Fähigkeiten, bereiten Sie sich auf das Leben vor
in einer High-Tech-Wettbewerbswelt

D. A. Medwedew

EINFÜHRUNG

Robotik- angewandte Wissenschaft, die sich mit der Entwicklung automatisierter technischer Systeme befasst. Die Robotik stützt sich auf Disziplinen wie Elektronik, Mechanik und Programmierung.

Die Robotik ist einer der wichtigsten Bereiche des wissenschaftlichen und technischen Fortschritts, in dem die Probleme der Mechanik und neuer Technologien mit den Problemen der künstlichen Intelligenz in Kontakt kommen. Im gegenwärtigen Stadium besteht unter den Bedingungen der Einführung des Landesbildungsstandards die Notwendigkeit, schulische und außerschulische Aktivitäten zu organisieren, die auf die Bedürfnisse des Kindes und die Anforderungen der Gesellschaft in den Bereichen abzielen, die zur Umsetzung beitragen die Hauptaufgaben des wissenschaftlichen und technischen Fortschritts. Zu diesen modernen Bereichen in der Schule gehören Robotik und Roboterdesign. Derzeit versuchen viele Bildungseinrichtungen in Russland und der Region Tjumen, Lego-Robotik in den Bildungsprozess zu integrieren. Es werden Robotik-Wettbewerbe abgehalten, Studierende nehmen an verschiedenen Wettbewerben teil, die auf der Nutzung neuer wissenschaftlicher und technischer Ideen, dem Austausch technischer Informationen und Ingenieurwissen basieren.

In der modernen Gesellschaft werden Roboter in den Alltag eingeführt; viele Prozesse werden durch Roboter ersetzt. Die Einsatzgebiete von Robotern sind unterschiedlich: Medizin, Bauwesen, Geodäsie, Meteorologie usw. Viele Prozesse im Leben sind für den Menschen ohne robotische Geräte (mobile Roboter) nicht mehr wegzudenken: ein Roboter für Kinder- und Erwachsenenspielzeug aller Art, ein Roboter als Krankenschwester, ein Roboter als Kindermädchen, ein Roboter als Haushälterin usw.

Fachkräfte mit Kenntnissen im Bereich der technischen Robotik sind derzeit sehr gefragt. Aus diesem Grund ist die Frage der Einführung der Robotik in den Bildungsprozess, beginnend in der Grundschule und weiter auf allen Bildungsebenen, einschließlich Universitäten, durchaus relevant. Wenn sich ein Kind schon in jungen Jahren für diesen Bereich interessiert, kann es viel Interessantes entdecken und vor allem die Fähigkeiten entwickeln, die es braucht, um in Zukunft einen Beruf zu ergreifen. Daher wird die Einführung von Robotik in den Bildungsprozess und in die Zeit außerhalb des Unterrichts immer wichtiger und relevanter.

Der Zweck des Einsatzes von Lego-Konstruktionen im System der Zusatzausbildung besteht darin, die Fähigkeiten des anfänglichen technischen Designs zu beherrschen, Feinmotorik zu entwickeln, die Konzepte des Designs und grundlegende Eigenschaften (Steifigkeit, Festigkeit, Stabilität) sowie Interaktionsfähigkeiten in einer Gruppe zu studieren. Den Kindern stehen Baukästen zur Verfügung, die mit einem Mikroprozessor und Sensorsätzen ausgestattet sind. Mit ihrer Hilfe kann ein Schüler einen Roboter – eine intelligente Maschine – so programmieren, dass er bestimmte Funktionen ausführt.

Die neuen Ausbildungsstandards zeichnen sich durch eine Besonderheit aus – die Fokussierung auf Bildungsergebnisse, die auf der Grundlage eines systemischen Handlungsansatzes berücksichtigt werden. Die Lego-Lernumgebung hilft bei der Umsetzung dieser Lernstrategie.

Die Hauptausrüstung, mit der Kindern in Schulen Robotik beigebracht wird, sind LEGO-Sets.

Konstrukteure LEGO Es gibt verschiedene Formen der Kindererziehung, die die Altersmerkmale und Bedürfnisse des Kindes berücksichtigen.

Lassen Sie uns überlegen Klassifizierung von Konstrukteuren , in Bildungseinrichtungen verwendet.

WeDo– ein Baukasten für Kinder im Alter von 7 bis 11 Jahren. Ermöglicht Ihnen, Modelle von Autos und Tieren zu bauen und deren Aktionen und Verhalten zu programmieren.
E- Labor „Energie, Arbeit, Kraft“- für Kinder ab 8 Jahren. Führt die Schüler in verschiedene Energiequellen, Methoden ihrer Umwandlung und Erhaltung ein.
E- Labor "Erneuerbaren Energiequellen"- für Kinder ab 8 Jahren. Führt Schüler in die drei wichtigsten erneuerbaren Energiequellen ein.
„Technik und Physik“- für Kinder ab 8 Jahren. Ermöglicht das Studium der Grundgesetze der Mechanik und der Theorie des Magnetismus.
„Pneumatik“- für Kinder ab 10 Jahren. Ermöglicht den Entwurf von Systemen, die einen Luftstrom nutzen.
LEGO Mindstorms „Unterhaltungsindustrie. Erster Roboter“ (RCX) ist ein Baukasten (ein Satz passender Teile und elektronischer Komponenten) für Kinder ab 8 Jahren. Entwickelt für die Erstellung programmierbarer Robotergeräte.
LEGO Mindstorms „Automatisierte Geräte. Erster Roboter“ (RCX) - für Kinder ab 8 Jahren. Ermöglicht die Erstellung programmierbarer Robotergeräte.
LEGO Mindstorms „Erster Roboter“ (NXT) - für Kinder ab 8 Jahren. Ermöglicht die Erstellung sowohl einfacher als auch recht komplexer programmierbarer Robotergeräte.

Alle Schulsets auf Basis des LEGO® Baukastens PervoRobot RCX, NXT sind für die überwiegende Gruppenarbeit von Schülern konzipiert. Dadurch erwerben die Studierenden gleichzeitig Kooperationsfähigkeiten und die Fähigkeit, einzelne Aufgaben im Rahmen einer Gesamtaufgabe zu bewältigen. Stellen Sie während des Entwurfsprozesses sicher, dass die erstellten Modelle funktionieren und die ihnen zugewiesenen Aufgaben erfüllen. Die Studierenden haben die Möglichkeit, aus Erfahrungen zu lernen und bei der Lösung eines bestimmten Problems kreativ zu sein. Die Studierenden bewältigen stufenweise Aufgaben unterschiedlicher Schwierigkeitsgrade. Das für LEGO® zentrale Schritt-für-Schritt-Lernprinzip stellt sicher, dass der Lernende in seinem eigenen Tempo arbeiten kann.

Die Konstrukteure von PervoRobot NXT ermöglichen es dem Lehrer, sich zu verbessern, neue Ideen aufzunehmen, die Aufmerksamkeit der Schüler zu gewinnen und zu behalten, Bildungsaktivitäten in verschiedenen Fächern zu organisieren und integrierte Klassen durchzuführen. Zusätzliche Elemente, die in jedem Baukastensatz enthalten sind, ermöglichen es den Schülern, Modelle ihrer eigenen Erfindungen zu erstellen und Roboter zu konstruieren, die im Leben eingesetzt werden.

Diese Konstrukteure zeigen den Schülern die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Wissensgebieten auf; im Informatikunterricht können sie Probleme in Physik, Mathematik usw. lösen. Modelle des PervoRobot NXT-Designers vermitteln einen Eindruck von der Funktionsweise mechanischer Strukturen, von Kraft, Bewegung und Geschwindigkeit und helfen bei der Durchführung mathematischer Berechnungen. Diese Sets helfen beim Erlernen von Abschnitten der Informatik: Modellierung und Programmierung.

METHODISCHE EMPFEHLUNGEN FÜR DEN EINSATZ VON ROBOTIK IM BILDUNGSPROZESS

Im Rahmen des Schulunterrichts und der Zusatzausbildung können Lego-Robotersysteme in folgenden Bereichen eingesetzt werden:

Demonstration;
Frontale Laborarbeit und Experimente;
Forschungsprojektaktivitäten.

Die Wirksamkeit der Vermittlung der Grundlagen der Robotik hängt auch von der Organisation des Unterrichts ab, der nach folgenden Methoden durchgeführt wird:

Erklärend – anschaulich – Präsentation von Informationen auf verschiedene Arten (Erklärung, Geschichte, Gespräch, Anleitung, Demonstration, Arbeit mit technologischen Karten usw.);
Heuristik – eine Methode kreativer Aktivität (Erstellung kreativer Modelle usw.);
Problematisch – Formulierung eines Problems und unabhängige Suche der Schüler nach seiner Lösung;
Programmiert – eine Reihe von Vorgängen, die während der praktischen Arbeit ausgeführt werden müssen (Formular: Computerwerkstatt, Projektaktivität);
Reproduktiv - Reproduktion von Wissen und Tätigkeitsmethoden (Form: Sammeln von Modellen und Strukturen anhand einer Probe, Gespräch, analoge Übungen);
Teilweise - Suche - Lösung problematischer Probleme mit Hilfe eines Lehrers;
Suchmaschine – unabhängige Problemlösung;
Die Methode der Problempräsentation ist die Formulierung eines Problems durch den Lehrer, dessen Lösung durch den Lehrer selbst und die Beteiligung der Schüler an der Lösung.

Die Hauptmethode beim Studium der Robotik ist die Projektmethode. Unter der Projektmethode wird eine Technologie zur Organisation von Bildungssituationen verstanden, in der ein Schüler seine eigenen Probleme stellt und löst, sowie eine Technologie zur Unterstützung der selbstständigen Aktivitäten des Schülers.

Projektbasiertes Lernen ist eine systematische Lehrmethode, die Schüler dazu anregt, Wissen und Fähigkeiten durch umfassende Untersuchungen auf der Grundlage komplexer, realer Fragen und sorgfältig gestalteter Aufgaben zu erwerben.

Hauptphasen der Lego-Projektentwicklung:

Bezeichnung des Projektthemas.
Der Zweck und die Ziele des vorgestellten Projekts. Hypothese.
Entwicklung eines Mechanismus basierend auf dem Lego-Modell NXT (RCX).
Erstellen eines Programms für den Betrieb des Mechanismus in der Lego Mindstorms-Umgebung (RoboLab).
Testen des Modells, Beseitigen von Mängeln und Störungen.

Beim Entwickeln und Debuggen von Projekten tauschen die Schüler ihre Erfahrungen miteinander aus, was sich sehr effektiv auf die Entwicklung kognitiver, kreativer Fähigkeiten sowie die Selbstständigkeit der Schüler auswirkt. Man kann also davon überzeugt sein, dass Lego als zusätzliches Werkzeug im Informatikstudium den Studierenden ermöglicht, eigenständig Entscheidungen zu treffen, die auf eine gegebene Situation anwendbar sind und dabei die umgebenden Gegebenheiten und die Verfügbarkeit von Hilfsmaterialien berücksichtigen. Und was wichtig ist, ist die Fähigkeit, Ihr Handeln mit anderen zu koordinieren, d.h. In einer Gruppe arbeiten.

Ein zusätzlicher Vorteil des Robotikstudiums ist die Bildung eines Teams und künftig die Teilnahme an städtischen, regionalen, gesamtrussischen und internationalen Wettbewerben im Bereich Robotik, was die Motivation der Studierenden zum Wissenserwerb deutlich steigert. Das Hauptziel des Einsatzes von Robotik ist die soziale Ordnung der Gesellschaft: die Bildung eines Individuums, das in der Lage ist, selbstständig Bildungsziele festzulegen, Wege zu deren Umsetzung zu entwerfen, seine Erfolge zu überwachen und zu bewerten, mit verschiedenen Informationsquellen zu arbeiten, diese zu bewerten und so weiter Auf dieser Grundlage formulieren sie ihre eigene Meinung, ihr eigenes Urteil und ihre eigene Einschätzung. Das heißt, die Bildung von Schlüsselkompetenzen der Studierenden.

Der kompetenzbasierte Ansatz im Allgemein- und Sekundarbereich entspricht objektiv sowohl den gesellschaftlichen Erwartungen im Bildungsbereich als auch den Interessen der am Bildungsprozess Beteiligten. Der kompetenzbasierte Ansatz ist ein Ansatz, der sich auf die Ergebnisse der Bildung konzentriert, und das Ergebnis der Bildung ist nicht die Menge der gelernten Informationen, sondern die Fähigkeit, in verschiedenen Problemsituationen zu handeln.

Die Hauptaufgabe des allgemeinen Bildungssystems besteht darin, die Grundlagen für die Informationskompetenz des Einzelnen zu legen, d. h. Helfen Sie dem Studenten, die Methoden zum Sammeln und Ansammeln von Informationen sowie die Technologie zu deren Verständnis, Verarbeitung und praktischer Anwendung zu beherrschen.

Die Möglichkeiten der Einbeziehung der Robotik in das Studium allgemeinbildender Fächer werden in Tabelle 1 näher dargestellt.

Tabelle 1

Möglichkeiten des Einsatzes von Robotik im Bildungsprozess

GRUNDSCHULE

WEITERFÜHRENDE SCHULE

Unterrichtsaktivitäten

Pädagogische Konstrukteure: Die Welt um uns herum

Mathematik

Geometrie
Die einfachsten geometrischen Formen
Umfang
Gleiche Zahlen
Fläche, Flächeneinheiten
Symmetrie

Logik und Kombinatorik

Eigenschaften von Objekten, Klassifizierung nach Merkmalen
Sequenzen, Ketten
Paare und Gruppen von Objekten. Gleiche und unterschiedliche Sets. Taschen
Logische und kombinatorische Probleme