Реферат Маслакова Е. А
 Скачать 336.32 Kb.
|
|
Рабочая программа по дополнительному образованию «Робототехника», автор Литвинов В.Н. В пятом классе курс внеурочной деятельности «Робототехника» представлен в виде одного часа в неделю — 34 часа за учебный год. Основные задачи программы: обучение современным разработкам по робототехнике в области образования; обучение учащихся комплексу базовых технологий, применяемых при создании роботов, основным принципам механики; выявление одаренных детей, обеспечение соответствующих условий для их образования и творческого развития; развитие навыков инженерного мышления, умения работать по предложенным инструкциям, конструирования, программирования и эффективного использования кибернетических систем; развитие мелкой моторики, внимательности, аккуратности и изобретательности; повышение мотивации учащихся к изобретательству и созданию собственных роботизированных систем; формирование навыков проектного мышления, работы в команде, умения эффективно распределять обязанности. Краткое содержание: Вводное занятие. Инструктаж. Обсуждение истории возникновения роботов, новейшие разработки в области робототехники. Основы конструирования. Моторные механизмы. Основы управления роботом. Самостоятельная творческая работа учащихся На основе проанализированных учебных комплексов можно сделать вывод, что основными темами для изучения курса «Робототехники» являются: «Линейный алгоритм», «Оператор ветвления», «Цикл с контролем от сенсоров», «Цикл с контролем от таймера», «Логические операции», «Алгоритм, содержащий подпрограмму», «Олимпиадные задачи». Для изучения данного курса важным фактором является не только содержание и методические приемы изучения, а также наглядность и простота изучения . Правильно организованное обучение должно способствовать развитию алгоритмического и логического мышления в естественной для этого обстановке. Такая обстановка должна предоставлять опыт работы с различными моделями; знакомить с общими принципами и методами программирования; позволять учащимся адаптировать приобретенные навыки для решения жизненных задач. Для развития алгоритмического мышления обучающегося, а также для реализации его творческих способностей, необходимо создать ему соответствующие условия и предоставить возможность участвовать в групповой деятельности. Рассмотренные курсы ограничиваются методическими пособиями, без практико-ориентированного подхода, что может привести к усвоению основ решения задач по на недостаточно высоком уровне. Начинать обучение учащихся решению задач по робототехнике целесообразно с изучения линейного алгоритма. Такое обучение обеспечит подготовку к последующему изучению циклических алгоритмов, с каждым разом повышая уровень сложности изучения. Сборник задач по робототехнике послужит фундаментом для формирования умения проанализировать задачу и формализовать ее условие применительно к условиям реальной обстановки. Курс робототехники в рамках дополнительного образования имеет практико-ориентированную направленность, поэтому любая рабочая программа без сборника задач не содержит всех компетенций обучения программированию. Обзор сред программирования и конструкторов Для занятий по робототехнике одним из ключевых вопросов при реализации методики является подбор конструктора, а также среды программирования, позволяющие решать современные образовательные задачи. На сегодняшний день наиболее часто используемыми системами для программирования роботов являются Robolab, LEGO MINDSTORMS EV3 и RobotC. LEGO MINDSTORMS Education EV3  Рисунок 1. Среда программирования LEGO MINDSTORMS Education EV3 Специальная страница с подключенным оборудованием позволяет отслеживать его статус и получать значения на датчиках в реальном времени. Оборудование автоматически распознается при подключении, благодаря функции auto-id (автоматическое определение оборудования). Т.е. не надо указывать, что к такому-то порту подключен такой-то датчик или мотор. Подсветка места исполнения позволит определить, в каком конкретном месте алгоритма исполняется сейчас программа. Специальный символ будет отображаться на соответствующем программном блоке, если с заданным портом используется не тот датчик или мотор. Это опять же достигнуто с помощью auto-id функциональности. Есть возможность просматривать значения, передаваемые через каналы данных (data wires). С точки зрения программирования, вкратце, можно отметить следующие новшества: тесная интеграция между P-блоком (новое название, вместо NXT блока) и средой программирования; специальная страница с подключенным оборудованием позволяет отслеживать его статус и получать значения на датчиках в реальном времени; оборудование автоматически распознается при подключении, благодаря функции auto-id (автоматическое определение оборудования). То есть. не нужно указывать, к какому порту какой датчик или мотор подключен. Новый режим отладки: подсветка места исполнения позволит определить в каком конкретном месте алгоритма исполняется сейчас программа; специальный символ будет отображаться на соответствующем программном блоке, если с заданным портом используется не тот датчик или мотор. Это так же достигнуто с помощью auto-id функциональности; есть возможность просматривать значения, передаваемые через каналы данных (data wires); Новые возможности программных блоков: сцепление блоков друг с другом позволило отказаться от "балки исполнения", на которой располагались блоки в среде NXT-G; у блоков нет такого понятия, как панель настройки, - поведение теперь настраивается непосредственно на блоке, что привело к увеличению их размера. Удобство заключается в том, что программу теперь становиться легче читать, то есть видно сразу на что реагирует датчик или как ведет себя мотор; появились блоки "ждать изменения", которые позволяют реагировать просто на изменение, а не на изменение до определенного значения (обычные блоки Ожидания/Wait в NXT-G); улучшения в передачи данных от блока к блоку позволяют упростить преобразование типов; есть возможность работать с массивами; стал возможен досрочный выход из цикла. Robolab Robolab - графическая среда программирования, самая распространенная в школах и вузах для преподавания кибернетики. Она поддерживает возможность создавать гораздо более сложные программы, но имеет ряд недостатков.  Рисунок 2. Среда программирования Robolab При запуске Robolab предлагает три уровня работы: Администратор, Программист и Исследователь. Режим Администратора позволяет настраивать контроллер на работу со средой. С помощью режима Программиста можно создавать программы и загружать их в микроконтроллер. Режим Исследователя осуществляет запись данных, поступающих с датчиков микроконтроллера, с их последующим анализом. Режим «Программист». Раздел программиста делится на два: Pilot и Inventor, что не совсем точно переведено как Управление и Конструирование. Разделы условно можно обозначить как Новичок и Изобретатель. В них можно не углубляться и пройти дальше, начав сразу с последнего уровня Inventor 4, в котором представлены все основные возможности программирования среды Robolab. Режим «Исследователь». В режиме исследователь программа позволяет выбрать датчик, с которого предполагается снимать показания. Далее устанавливается интервал, в течение которого показания будут регистрироваться. Помимо табличного вида, данные могут выводиться в виде диаграммы. Этот режим весьма специфический и больше подходит для математических расчетов на основе произвольных данных и т.п. Программа похожа на блок-схему, положенную на левый бок. Она читается слева направо, хотя блоки можно располагать, как угодно. Блоки команд находятся в окне Functions Palette (Палитра команд). Они связываются между собой проводами, а также управляются инструментами, находящимися в меню Tools Palette (Палитра инструментов). Все команды можно разделить на два типа: Жди и Делай. Команды типа «Делай» посылают управляющий сигнал на одно из устройств управления микроконтроллера. Например, «включить моторы», «остановить моторы», «издать звуковой сигнал» и т.п. Это действие, как правило, выполняется практически мгновенно (за исключением звуковых сигналов), после чего программа переходит к следующему блоку. Включенный мотор продолжает работать до тех пор, пока не выполнится команда выключения или программа не закончится. Команды типа «Жди» не выполняют никакого ощутимого действия. Эти команды останавливают ход выполнения программы (точнее, текущей задачи) в ожидании некоторого события. Как только событие происходит, управление переходит к следующей команде. Примеры таких команд: «жди громкого звука», «жди яркого света», «жди заданное время» и т.д. Во время выполнения команды «Жди» все запущенные ранее процессы (включенные моторы и др.) продолжают работать. RobotC RobotC - текстовая среда программирования, позволяющая создавать программы для управления поведением робота с помощью языка программирования С.[19] У нее есть два режима работы: базовый режим и режим для специалистов (в базовом режиме некоторая функциональность отсутствует). RobotC имеет мощный интерактивный отладчик в режиме реального времени; с помощью этой среды можно создавать сложные и эффективные программы, но текстовое программирование может оказаться недостаточно наглядным. В настоящий момент - это единственный язык программирования для роботов, который предоставляет развитый режим отладки во время выполнения программ. RobotC является кроссплатформенным решением, которое позволит студентам и ученикам изучить С-подобный язык, используемый в большинстве образовательных и профессиональных приложений. RobotC предназначен как для на новичков, так и для подготовленных программистов и имеет два режима работы - базовый и расширенный. Программное обеспечение имеет схожую с Visual Studio среду и включает в себя мощный интерактивный отладчик, способный функционировать в режиме реального времени, тем самым существенно сокращая время отладки кода. Данная среда обладает развитыми возможностями для работы с математическими выражениями, с помощью которых можно составлять весьма эффективные и сложные программы. В RobotC существует опция предоставления данных с датчиков в «сыром» виде в формате RAW. Среда может поддерживать связь с устройствами посредством инфракрасного канала или Wi-Fi.  Рисунок 3. Среда программирования RobotC Для обучения основам робототехники используется специальный набор, который включает в себя набор деталей, блоков, датчиков и дополнительных конструкций. На сегодняшний день занятия робототехникой можно реализовать с помощью более двадцати трех различных конструкторов, таких как:
LEGO Mindstorms Education EV3 VEX EDR Рассмотрим только самые распространенные конструкторы в образовательном процессе, а именно: LEGO Mindstorms Education EV3, Huna, Arduino, FISCHERTECHNIK,VEX. Конструктор Huna  Рисунок 4. Конструктор HUNA Наборы HUNA представлены различными конструкторами, используя которые можно организовать коллективную проектную деятельность в детском саду или школе, а также развивающие занятия дома. Линейка конструкторов HUNA познакомит детей с роботостроением, начиная с самых основ и заканчивая сложным конструированием с применением программирования.[20] Уникальность наборов HUNA заключается в их универсальной линейке для детей разных возрастов и с разной подготовкой в роботостроении. Все наборы HUNA имеют инструкции с методическими рекомендациями, что позволит легко создавать роботов и в школе, с педагогами и дома. Линейка конструкторов HUNA-MRT достаточно широкая: это и простейшие наборы с минимумом электроники, и продвинутые наборы с контроллерами, датчиками и исполнительными устройствами. Конструкторы ориентированы на детей от 5-6 лет и до студентов. Выпускаются как пластиковые, так и металлические наборы. Причем конструкторы разных ступеней совместимы между собой и можно собирать металлопластиковые конструкции. Детали, сенсоры, моторы всех серий унифицированы. Оригинальными являются сами детали - они допускают соединение с 6 сторон и дают широкие возможности 3D моделирования объектов по своему замыслу. То, что конструкторы начального уровня не требуют программирования, обеспечивает их доступность и для детей, и для начинающих педагогов - что не маловажно с учетом дефицита кадров в области образовательной робототехники младшего возраста. Оборудование HUNA-MRT может использоваться в дошкольных образовательных учреждениях и школах. |