Статья по теме: «Методические особенности к разделу «Алгоритмы и исполнители» в 9 классе с использованием роботов NXT.»

Аннотация:

При изучении темы «Алгоритмы и исполнители» школьники традиционно испытывают затруднения, так как материал требует наличия хорошо развитого абстрактного, логического мышления и мало привязан к реальным событиям жизни.

Использование роботов на уроках по алгоритмизации и программированию повышает мотивацию учащихся к изучению данной темы, позволяет легче усвоить трудно воспринимаемые теоретические знания. Учитывая востребованность роботов и робототехники в жизни современного общества, такой подход к изучению темы позволяет придать ей профориентирующий характер: учащиеся на уроке пробуют себя в роли конструктора и программиста.
Статья содержит обобщение опыта работы по использованию роботов Lego Nxt при изучении темы «Алгоритмы и исполнители» в 9 классе.

Введение.

Алгоритмическая линия формирует навыки алгоритмического и логического мышления, проектной работы и моделирования.

Данная тема способствует развитию алгоритмического мышления, развивает умение читать алгоритмы, умение составить программы для различных жизненных ситуаций и анализировать обстоятельства.

Алгоритмизация, как раздел информатики, который изучает процессы создания алгоритмов, традиционно относится к теоретической информатике вследствие своего фундаментального характера. При этом сторонники «пользовательского» подхода при изучении школьной информатики говорят об отсутствии практической значимости этого раздела для развития навыков пользователя современного программного обеспечения.

Вследствие развития новых информационных технологий появляется возможность в пределах раздела «Основы алгоритмизации и программирования» давать общенаучные понятия информатики и в то же время формировать и развивать умение и навыки, необходимые пользователю при работе с современным программным обеспечением.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно- технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта. На современном этапе в условиях введения ФГОС возникает необходимость в организации урочной и внеурочной деятельности, направленной на удовлетворение потребностей ребенка, требований социума в тех направлениях, которые способствуют реализации основных задач научно-технического прогресса. К таким современным направлениям в школе можно отнести робототехнику и робототехническое конструирование.

Специалисты, обладающие знаниями в области инженерной робототехники, в настоящее время достаточно востребованы.

Целью использования Лего-конструирования в системе уроков по теме «Алгоритмы и исполнители» - лучшее усвоение данной темы и повышение мотивации к изучению предмета информатики.

Задачи решаемые в данной статье:

1. овладение обучающимися навыками начального технического конструирования;
2. изучение понятий алгоритмов (линейных, разветвляющихся, циклических) на практических задачах;
3. навык взаимодействия в группе.

Новые стандарты обучения обладают отличительной особенностью - ориентацией на резуль-таты образования, которые рассматриваются на основе системно - деятельностного подхода. Такую стратегию обучения помогает реализовать образовательная среда Лего.

Образовательная робототехника – сравнительно новая технология обучения, позволяющая вовлечь в процесс инженерного творчества детей, начиная с младшего школьного возраста. По мнению многих учителей, руководителей технических кружков образовательная робототехника позволяет обнаруживать и развивать навыки учащихся в таких направлениях как мехатроника, искусственный интеллект, программирование и других. Использование методик этой технологии обучения позволит существенно улучшить навыки учащихся в теме «Алгоритмы и исполнители».

Основная часть.

С нашей точки зрения, наиболее эффективным является использование элементов робототехники при изучении учебного материала содержательной линии «Алгоритмы и исполнители». Рассмотрим возможности параллельного изучения программирования и робототехники в 8-9 классах. Как отмечалось выше, программирование, во-первых, является объективно сложным предметом, во-вторых, учащиеся слабо мотивированы на изучение программирования. Введение элементов робототехники при изучении программирования позволит заинтересовать учащихся, разнообразить учебную деятельность, использовать групповые активные методы обучения. Следует отметить, что совместное изучение программирования и робототехники на западе приобретает все большую популярность и дает положительные результаты.

Анализ примерной программы по информатике показывает, что на изучение линии «Алгоритмы и исполнители» в 9 классе отводится 11 часов. Проанализируем изучаемые разделы и целесообразность использования элементов робототехники.

9 класс

Тема программы

1. Способы записи алгоритмов; блок-схемы. Возможность автоматизации деятельности человека.
2. Исполнители алгоритмов (назначение, среда, режим работы, система команд). Компьютер как формальный исполнитель алгоритмов (программ).
3. Алгоритмические конструкции: следование. Разработка линейного алгоритма (программы) (практическая работа № 31).
4. Алгоритмические конструкции: ветвление.
5. Алгоритмические конструкции: ветвление. Разработка алгоритма (программы), содержащей оператор ветвления (практическая работа № 32).
6. Алгоритмические конструкции: повторение
7. Алгоритмические конструкции: повторение. Разработка алгоритма (программы), содержащей оператор цикла (практическая работа № 33).
8. Алгоритмические конструкции: следование, ветвление, повторение.
9. Разбиение задачи на подзадачи, вспомогательный алгоритм. Разработка алгоритма (программы), содержащей подпрограмму (практическая работа № 34).
10. Алгоритмические конструкции: следование, ветвление, повторение. Разбиение задачи на подзадачи, вспомогательный алгоритм
11. Алгоритмы работы с величинами: типы данных, ввод и вывод данных.
12. Языки программирования, их классификация.
13. Правила представления данных.
14. Правила записи основных операторов: ввода, вывода, присваивания, ветвления, цикла. Правила записи программы. Разработка алгоритма (программы) по обработке одномерного массива (практическая работа)
15. Правила записи основных операторов: ввода, вывода, присваивания, ветвления, цикла. Правила записи программы. Разработка алгоритма (программы) по обработке одномерного массива (практическая работа)
16. Правила записи основных операторов: ввода, вывода, присваивания, ветвления, цикла. Правила записи программы.
17. Этапы разработки программы: алгоритмизация – кодирование – отладка – тестирование. Разработка алгоритма (программы), требующего для решения поставленной задачи использования логических операций (практическая работа)
18. Обрабатываемые объекты: цепочки символов, числа, списки, деревья. Контрольная работа по теме: «Алгоритмы и исполнители» (20 мин).
19. Создание алгоритма (программы), решающего поставленную задачу (практикум, работа № 6).

Элементы робототехники, которые можно использовать на данной теме (номер соответствует номеру темы)

1. Показ выполнения нескольких алгоритмов, например, движение вдоль линии, иллюстрирующих возможности автоматизации перевозок с помощью роботов. Демонстрация среды программирования NXT-programming как инструмента создания алгоритмов.
2. Демонстрация возможностей робота как исполнителя алгоритма. Знакомство с комплектом датчиков («органов чувств» робота). Обсуждение возможных вариантов использования робота на практике. Демонстрация формального исполнения роботом программы.
3. Движение робота по заранее заданной траектории (треугольник, квадрат) линии произвольной формы, реакции робота на звук, расстояние, касание и т.д.,
4. Выбор роботом модели поведения в зависимости от состояния окружающей среды ( «если освещенность >(<) некоторого значения, то…, если расстояние >(<) некоторого значения.
5. Выбор роботом модели поведения в зависимости от состояния окружающей среды ( «если освещенность > (<) некоторого значения, то…, если расстояние > (<) некоторого)
6. Демонстрация циклического алгоритма движения робота (например, рисование «восьмерки» при движении). Сравнение длины линейного и циклического алгоритма.
7. Программирование робота в среде nxt-programming или «напрямую», используя внутренние команды робота.
8. Составление вместе с учащимися алгоритмов движения робота с ветвлением и повторением.
9. Меню «Моя палитра» в nxt-programming. Блок как вспомогательный алгоритм. Создание программы движения робота по спирали.
10. Демонстрация поведения робота, использующего в своей работе следование, ветвление, повторение, подпрограмму.
11. Блок «Переменная» и блок «Константа». Считывание и запись значений. Обработка величин в NXT-PROGRAMMING. Демонстрация поведения робота с алгоритмом, содержащим обработку величин (Робот - счетчик посетителей).
12. Язык программирования NXT-G.
13. Представление данных на языке программирования NXT-G.
14. Правила записи основных операторов: ввода, вывода, присваивания, ветвления, цикла. На языке программирования NXT-G.
15. Обработка массивов данных роботом.Демонстрация режима сборки и обработки данных роботом.
16. Правила записи основных операторов: ввода, вывода, присваивания, ветвления, цикла на языке программирования NXT-G.
17. Блок «Логика».Демонстрация поведения робота и алгоритма с использованием блока «Логика».
18. __
19. Разработка конструкции и алгоритма работы робота-помощника (робот-уборщик, робот-барабанщик, робот-погрузчик и т.д.)

Как видно из вышеизложенного, робототехника очень хорошо вписывается в раздел «Алгоритмизация и программирование».

Для эффективной работы достаточно 5-7 наборов роботов. В этом случае класс работает по группам. При меньшем количестве роботов работа так же возможна, ведь на одного и того же робота в течение урока могут переслать свои программы различные группы учащихся.

К трудностям совмещения роботехники с уроком мы относим достаточно большие затраты времени на сборку робота из деталей конструктора. Но непреодолимой помехой это не является, так как можно собрать робота в начале изучения курса, а потом просто менять датчики.

Набор датчиков робота позволяет внести разнообразие в урок, поддерживать интерес учащихся, решать конструкторские и проектные задачи при выполнении работ практикума.

Для практикума можно сформулировать общую задачу (например, сделать робота-уборщика) для всех групп учащихся, а затем сравнить результаты их работы. А можно предложить каждой группе свою задачу: сконструировать и запрограммировать робота решающего свою, неповторимую задачу.

Особенность предлагаемого подхода изучения робототехники в том, что он может быть реализован в рамках существующих учебных планов. Далее, после знакомства с основами робототехники школьники могут выбрать элективный курс по данному направлению для более глубокого изучения.

Заключение.

Робототехника является интересной для учащихся с точки зрения новизны, актуальности содержания, способствует развитию алгоритмического мышления, умению применять свои навыки для решения проблем реального мира. Использование элементов робототехники при обучении программированию способствует повышению уровня мотивации учащихся к предмету, более легкому пониманию принципов действия алгоритмических конструкций, содействует развитию умений самостоятельно и творчески думать

Учащиеся 8-11 классов ряда школ из разных регионов России вовлечены в учебный процесс создания моделей - роботов, проектирования и программирования робототехнических устройств и ежегодно участвуют в Мировой олимпиаде роботов, выступая в Сборной России за рубежом. Такие регионы как Челябинская область, Красноярский край, Москва, Санкт-Петербург являются показательными по направлению образовательной робототехники в школе. Но и Волгоградская область не отстает от них.

Наборы Лего ориентированы на регулярную, тематическую, проектную работу, позволяют изучать технологии автоматизированного управления. Простой интерфейс позволяет объединить конструкцию из Лего и компьютеров в единую модель современного устройства с автоматизированным управлением.