Информационная карта программы
(для формирования открытого банка лучших программ отдыха и оздоровления детей и подростков)
Полное название программы
|
«Цифровая Лаборатория УМКИ»
|
ФИО автора, разработчика (коллектива) с указанием занимаемой должности
|
Воронин Игорь Вадимович, начальник отдела информационных технологий Института Проблем Лазерных технологий РАН;
Воронина Вероника Вадимовкна, учитель информатики МБОУ СОШ №7 г.Павлово;
Ювентин Татьяна Александровна, руководитель департамента образовательных проектов «Лаборатории Интеллектуальных Технологий ЛИНТЕХ».
|
Контактный телефон, электронный адрес
|
+7 (495) 748-68-20,
+7-925-373-25-16.
E-mail: yuventin@lin-tech.ru, info@lin-tech.ru
|
Полное наименование организации, ведомственная принадлежность, форма собственности
|
Общество с ограниченной ответственностью «Лаборатория Интеллектуальных Технологий ЛИНТЕХ»
|
Наименование субъекта Российской Федерации
|
г.Москва
|
Направленность программы (согласно п.9 приказа Минобрнауки России №1008 от 29 августа 2013 г.)
|
естественнонаучная
физкультурно-спортивная
художественная
туристско-краеведческая
социально-педагогическая
|
Характеристика целевой группы (возраст детей, специфика, если есть (дети-сироты, дети, оставшиеся без попечения родителей, дети с ОВЗ и др.)
|
Учащиеся 9-16 лет, желающие заниматься программированием, конструированием, техническим творчеством, проектированием, научно-исследовательской работой.
|
Краткая аннотация содержания программы (текст для размещения в банке программ, не более 500 символов)
|
Курс образовательной робототехники «Цифровая Лаборатория УМКИ» - может стать одним из интереснейших способов изучения компьютерных технологий и программирования. Во время занятий ученики собирают и программируют роботов, проектируют и реализуют миссии, осуществляемые роботами- умными машинками (SmartCar). Работа в команде, необходимая для реализации практических миссий, способствует развитию коммуникационных компетенций, а программная среда позволяет легко и эффективно изучать алгоритмизацию и программирование, успешно знакомиться с основами робототехники.
Программа рассчитана на небольшую группу учащихся (8-10 человек), в которой каждый участник активно задействован в процессе изучения теоретического и освоения практического материала.
Детям предоставляются конструкторы, оснащенные микропроцессором - модулем Xbee, и наборами датчиков, позволяющие создавать программируемые модели роботов. С их помощью школьник может запрограммировать робота (SmartCar) на выполнение определенных функций.
Дополнительным преимуществом изучения робототехники является создание команды и, в перспективе, участие в региональных, всероссийских и международных фестивалях, олимпиадах и конференциях по робототехнике, что значительно усиливает мотивацию учеников к получению знаний.
Благодаря датчикам, созданные конструкции реагируют на окружающий мир. Специальное программное обеспечение позволяет организовать отдельные модули в распределенные сети, где SmartCar-ы способны связываться друг с другом и обмениваться данными. С помощью программирования ученики наделяют интеллектом свои модели и используют их для решения задач, которые, по сути, являются творческими проблемами по курсу математики, информатики, технологии, физики, химии, экологии.
|
Обоснование актуальности программы
|
На современном этапе экономического и социального развития общества содержание образования должно быть ориентировано на:
формирование у подрастающего поколения адекватной современному уровню знаний картины мира;
обеспечение самоопределения личности,
создание условий для самореализации личности;
формирование человека, интегрированного в современное общество и нацеленного на совершенствование этого общества;
воспроизводство и развитие кадрового потенциала общества.
Современный человек должен быть мобильным, готовым к разработке и внедрению инноваций в жизнь. Поэтому в настоящее время образовательная робототехника приобретает все большую значимость и актуальность. В качестве прикладной науки робототехника может быть не только интегрирована в учебный процесс образовательного учреждения, но и в полной мере использована в дополнительном образовании. Опираясь на такие научные дисциплины, как информатика, математика, физика, биология - робототехника активизирует развитие учебно-познавательной компетентности учащихся, помогает развивать техническое творчество детей. Метод обучения школьников через научные исследования и творческие проекты позволяет выявить и отобрать из большого числа учащихся самых увлеченных и работоспособных. Создание же необходимых условий и мотиваций для овладения ими методологией творческой деятельности позволяет осуществить школьникам научно- технические замыслы.
Курс робототехники - может стать одним из интереснейших способов изучения компьютерных технологий и программирования.
|
Предполагаемый социальный эффект программы
|
Социальный эффект программы будет проявляться в следующем:
- оптимизация системы детского научно-технического творчества в в местах отдыха и оздоровления детей;
- повышение интеллектуального резерва молодежи;
- возрастание числа обучающихся, ориентированных на социально-востребованные профессии в сфере науки, техники и производства;
- профильная подготовка старших школьников для обеспечения приоритетных отраслей экономики инженерно-техническими кадрами;
- внедрение новых технологий обучения;
- отвлечение обучающихся от негативных социальных влияний средствами научно-технического творчества, спортивно-технических мероприятий.
- обеспечение роста мотивации учащихся и педагогов к научно-технической и исследовательской деятельности, подтвержденных количеством занятых робототехникой детей школьного возраста, в т.ч. одаренных детей – победителей конкурсов, соревнований, олимпиад, конференций, турниров районного, городского, всероссийского и международного уровней.
- обеспечение развития дополнительного образования за счет увеличения количества конкурсов, соревнований, олимпиад и иных конкурсных мероприятий, проведенных для детей по робототехнике в различных областях интеллектуальной и творческой деятельности.
А также:
повышение качества образования;
повышение естественно-научной грамотности учащихся;
улучшение социальной ориентации учащихся
увеличение количества учащихся, занимающихся по профилированным программам (и нформатика));
увеличение количества учащихся с предпрофильной подготовкой;
расширение возможности получения образования детьми с ограниченными возможностями в области робототехники;
расширение возможности получения дополнительного образования в соответствии с запросами населения (увеличение количества учащихся в возрасте до 15 лет, обучающихся по программе дополнительного образования);
|
Цель и задачи программы, в соответствии с их актуальностью для целевых групп участников, родителей
|
Цели программы
Раскрытие интеллектуального и творческого потенциала детей с использованием возможностей робототехники; практическое применение обучающимися знаний для разработки и внедрения технических проектов в дальнейшей деятельности.
Задачи программы
1) развитие интереса к научно-техническому творчеству, технике, высоким технологиям;
2) воспитание информационной, технической и исследовательской культуры;
3) развитие алгоритмического и логического мышления;
4) овладение навыками научно-технического конструирования и моделирования;
5) развитие способности учащихся творчески подходить к проблемным ситуациям и самостоятельно находить решения;
6) умение выстраивать гипотезу и сопоставлять с полученным результатом;
7) воспитание интереса к конструированию и программированию;
8) развитие общеучебных навыков, связанных с поиском, обработкой информации и представлением результатов своей деятельности;
9) формирование навыков коллективного труда;
10) развитие коммуникативных навыков;
11) организация внеурочной деятельности детей.
|
Предполагаемые результаты реализации программы (описание позитивных изменений, которые произойдут в результате реализации программы)
|
Работа с предлагаемыми конструкторами УМКИ (Управляемый Машинный Конструктор Инновационный) - SmartCar способствует развитию воображения, пространственной ориентации, формированию абстрактного и логического мышления, накоплению полезных знаний; дает возможность по-максимуму реализовать творческие способности, освоить программирование на профессиональном уровне. Каждый ученик может работать в собственном темпе, переходя от простых задач к более сложным.
Опираясь на такие научные дисциплины, как информатика, математика, физика, биология - робототехника активизирует развитие учебно-познавательных компетентностей учащихся, способствует развитию технического творчества детей.
Несложный учебный робот - для детей становится вполне конкретной осязаемой вещью. Реальный исполнитель со своей системой команд для учащихся понятнее и интереснее при знакомстве с алгоритмизацией и изучении программирования. При освоении управления таким роботом у ребенка складываются четкие представления о том, что робот является формальным исполнителем, на практике происходит знакомство с системой команд исполнителя алгоритмов, буквально, «потрогав руками», ребенок понимает, что такое алгоритм и сам определяет его свойства:
• система команд робота строго определена;
• программа для робота составляется из отдельных команд;
• робот исполняет предложенную ему программу;
• поведение робота зависит от качества программы, а значит и от опыта самого программиста, если робот делает что-то не так, как задумывалось - необходима коррекция программы;
• информация вводится с помощью датчиков, выводится через линии связи с другими устройствами.
Таким образом, абстрактные понятия информатики наглядно воплощаются в поведении материального объекта.
Дети программируют различное поведение роботов, объединенных в сенсорную сеть, что позволяет концентрировать внимание учащихся на проблемах обработки информации, программируемыми исполнителями. Программное управление роботизированными платформами УМКИ осуществляется с помощью программной среды Кумир - свободно распространяемой кроссплатформенной системы программирования на русском языке, ориентированной на начальное обучение основам алгоритмизации, что окажется полезным в дальнейшем при подготовке к ЕГЭ по информатике. Предполагается использование платформы Кумир в качестве одного из допущенных на экзамене систем программирования.
Программа курса позволяет организовать внеучебную деятельность, организуя интегрированные занятия по различным предметам. С помощью конструкторов, предлагаемых в «Лаборатории УМКИ» можно организовать высокомотивированную познавательную деятельность по пространственному конструированию, моделированию и автоматическому управлению. К наборам конструкторов прилагаются конспекты занятий, рекомендации для учителя, рабочие материалы для учеников. Задания, предлагаемые ученику, выстроены от «простого к сложному», особое внимание уделено наглядности.
В результате работы по программе курса дети получат:
1) умения осуществлять компьютерное моделирование с помощью современных программных средств;
2) навыки коллективного творческого труда, умение работать в команде над решением поставленной задачи;
3) развитие способностей творчески подходить к проблемным ситуациям;
4) расширение знаний об основных особенностях конструкций, механизмов и машин;
5) умения самостоятельно находить и пользоваться информацией по естественным и точным наукам.
|
Содержание программы:
Обоснованность реализации мероприятий программы на этапах реализации программы:
подготовительном;
организационном;
основном;
итоговом
|
Научная часть программы курса УМКИ представлена следующими разделами: основы компьютерного моделирования, основы алгоритмизации и программирования, работа с цифровыми датчиками, оформление результатов практической деятельности и научных исследований.
Раздел 1. Основы компьютерного моделирования
Ключевые понятия
Понятие модели объекта, процесса, явления. Понятие компьютерной модели задачи. Построение модели: выделение предположений, на которых будет основана модель (постановка задачи), определение исходных данных в задаче и результатов, установление соотношений, связывающих исходные данные и результаты. Проверка адекватности построенной модели. Понятие о компьютерном эксперименте.
Цели и задачи раздела:
Формирование основ системного и логического мышления.
Обучение обращению с управляемыми машинными конструкторами.
Обучение технике проведения эксперимента, его постановке, обработке экспериментальных результатов и их анализу.
Изучение возможностей цифровых датчиков и сенсорных сетей для выполнения анализа окружающей среды в процессе познавательной деятельности при проведении самостоятельных экспериментов и исследований.
Учащиеся будут знать:
этапы решения задачи на ЭВМ;
принципы построения модели задачи;
цели проведения компьютерного эксперимента.
Учащиеся будут уметь:
строить простые компьютерные модели;
анализировать соответствие модели и исходной задачи;
проводить компьютерный эксперимент для построенных моделей.
Раздел 2. Основы алгоритмизации и программирования.
Ключевые понятия
Понятия алгоритма и исполнителя алгоритмов. Допустимые действия исполнителя. Понятие достижимых целей исполнителя. Понятие отладки программы. Основные алгоритмические конструкции: ветвления, циклы, вспомогательные алгоритмы, определяемые допустимые действия. Ветвления в полной и неполной формах. Ветвление в форме «выбор». Циклы с условием и с параметром.
Учащиеся будут знать:
способы представления алгоритмов;
основные алгоритмические конструкции (ветвлений, циклы и т. д.), правила их записи и особенности исполнения;
системы допустимых действий учебных исполнителей алгоритмов;
основные команды языка программирования SmartCar и правила оформления программы на нем;
основные приемы отладки и тестирования программ.
Учащиеся будут уметь:
составлять и записывать алгоритмы для конкретного исполнителя;
составлять программы на языке Кумир с использованием соответствующих алгоритмических конструкций;
распознавать необходимость применения определенной алгоритмической конструкции при решении задачи;
использовать готовые вспомогательные алгоритмы при создании нового алгоритма;
проводить отладку и тестирование программ.
Раздел 3. Работа с цифровыми датчиками и сенсорными сетями
Овладение умениями проводить наблюдения, описывать и обобщать результаты экспериментов, использовать современные измерительные приборы для изучения состояния факторов окружающей среды, физических явлений и процессов; представлять результаты экспериментов и измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости; применять полученные знания для объяснения наблюдаемых явлений и процессов, автоматизировать процесс измерений.
Ключевые понятия
Цифровая лаборатория. Регистратор данных. Датчики. Система сбора и анализа данных. Калибровка. Частота замеров. Мониторинг. Эксперимент. Окружающая среда. Экосистема, компоненты экосистемы.
Цели и задачи раздела:
Формирование основ системного мышления, развитие технического потенциала учащихся.
Обучение обращению с измерительной аппаратурой.
Знакомство с программами мониторинга.
Формирование умений применять на практике знания о строении и функционировании систем и их элементов.
Обучение технике проведения эксперимента, а также его постановке, обработке экспериментальных результатов и их анализу.
Изучение возможностей современных цифровых приборов в процессе познавательной и творческой деятельности при проведении самостоятельных экспериментов и исследований.
Раздел 4. Конструирование и дизайн
Овладение навыками начального технического конструирования, развитие мелкой моторики, знакомство с понятием конструкции и ее основных свойств (жесткости, прочности и устойчивости), формирование навыка взаимодействия в группе.
Цели и задачи раздела:
Развитие конструктивно-технического мышления и воображения.
Развитие графическо-аналитического и синтетического геометрического мышления.
Формирование навыков конструирования и проектирования.
Формирование логических связей с другими предметами, входящими в курс среднего образования.
Развитие у детей творческого представления, пространственного мышления, эстетического вкуса.
Раздел 5. Создание электронных материалов по результатам работы и оформление результатов научных исследований.
Основные виды свертывания информации: выделение ключевых слов, составление библиографического описания, аннотирование, реферирование. Требования к научной работе: информативность, высокая смысловая емкость, точное отражение содержания документа, основных фактических сведений и выводов; лаконичность, четкость, формулировок, отсутствие второстепенной информации; соответствие языка и стиля выполненной работы языку и стилю научной литературы. Социальное проектирование экологической и научной направленности, предложение возможных вариантов реализации проектов. Структурирование, отбор имеющихся материалов проектной и исследовательской работы. Проектирование работы. деятельность на сайте курса.
Ключевые понятия
Реферат. Доклад. Сообщение. Аннотация. Библиография.
Научно-исследовательская работа. Wiki-технология.
Цели и задачи раздела:
Формирование основ системного и логического мышления.
Развитие воображения и творческого потенциала учащихся.
Овладение технологией подготовки информационных продуктов, обусловленных задачами познавательной деятельности школьников.
Знакомство с принципами научно-технического мышления и деятельности, направленными на самостоятельное творческое познание.
Развитие базовых пользовательских навыков работы на компьютере и освоение средств информационных технологий.
Формирование навыков коллективной работы над проектами.
Обучение ориентации и продуктивной деятельности в информационном Интернет - пространстве.
Реализация коммуникативных, технических и эвристических способностей, учащихся в ходе создания информационного продукта
Обработка полученных результатов для их использования в исследовательских работах и творческих отчётах.
|
План – график (план - сетка) программы
| Учебно-тематическое планирование курса 34 часа (Модель 1)
Номер занятия
|
Почасовое планирование.
Первый блок обучения
|
Количество часов
|
1
|
Постановка целей работы. Знакомство с оборудованием. Разговор о роботах. Отличие УМКИ от обычной радиоуправляемой модели. Инструктаж по безопасной работе с машинками.
|
1
|
2
|
Знакомство с пультом управления. Ручное управление одной машинкой УМКИ Лидер вер 1.2. Движение машинки без рабочей платы. Подключение бело-розовых клемм. Движение вперед. Движение назад. Повороты. Движение по кривой. Поворот на месте.
|
1
|
3
|
Ручное управление несколькими машинками. Запуск с одного пульта нескольких машинок по- очереди, одновременный запуск нескольких SmartCar. Поворот «все вдруг». Исследование дальности движения Возможности использования отдельной машинки в качестве шлюза.
|
1
|
4
|
Что такое протокол ZigBee, возможности протокола ZigBee, что такое MAC-адрес.
|
1
|
5
|
Определение активной машинки. Управление конкретной машинкой. Использование звука и света.
|
1
|
6
|
Основы электротехники. Сборка электрической цепи. Техника безопасности. Опасность короткого замыкания. Работа с виртуальным конструктором и конструктором Школа 999.Сборка цепи на платформе УМКИ. Управление машинками, оснащенными платами.
|
1
|
7
|
Возможность программного управления роботом. Знакомство со средой Кумир. Линейный алгоритм. Практикум.
|
1
|
8
|
Соотнесение виртуального и реального робота. Программное управление SmartCar УМКИ. Движение Вперед-Назад. Движение по квадрату. Погрешности.
|
1
|
9
|
Циклические алгоритмы. Работа в среде Кумир с виртуальным роботом. Практикум. Циклы с параметром
|
1
|
10
|
Использование цикла с параметром в программной управлении машинками. Работа с программными настройками УМКИ. (исследование длины шага в зависимости от установки количества импульсов). Исследование каждой машинки.
|
1
|
11
|
Теоретическая часть: применение роботов в космических исследованиях. Освоение Марса. Основы астрономии, космонавтики. Внеземные станции.
|
1
|
12-14
|
Создание антуража станции. Работа с конструкторами Македо. Необходимые материалы: картон, краски, фольга.
|
|
15
|
Энергоресурсы. Возможные источники энергии
|
1
|
16-19
|
Работа с конструктором Альтернативные источники энергии.
|
4
|
20-22
|
Знакомство с датчиками. Возможности связи робота с окружающим миром, виды датчиков. Практика: Подключение датчиков и исполнительных устройств. Управление роботизированной платформой УМКИ Smart Car вер.2.1
|
3
|
23-25
|
Реализация модели внеземной станции: работа SmsrtCar в на станции. Проведение опытов. Использование УМКИ Лидер и УМКИ SmartCar, Использование конструкторов «Школа 999», «Альтернативные источники энергии», «Робот-художник», «Умный робот» и др.
|
3
|
26
|
Необходимость получения общей картины миссии. Разведка и аэрофотосъемка. Знакомство с мультикоптером. Инструктаж по технике безопасности
|
1
|
27
|
Запуск и управление мультикоптером. Фото и видеосъемка.
|
1
|
28-30
|
Тренировочные полеты и репортажная съемка миссии на станции.
|
3
|
31-34
|
Оформление результатов, описание проведенных опытов, обработка иллюстраций, оформление отчетов об исследованиях, презентаций, постерных докладов, видеофильмов.
|
4
| | |
