Развитие познавательного интереса у студентов СПО на занятиях информатики, физики с использованием робототехники

Автор: Гальцов Алексей Васильевич

Организация: ГБПОУ «ЮУМК»

Населенный пункт: Челябинская область, г. Челябинск

Содержание

Введение

Глава 1. ФГОС по специальности «Информационные системы».

1. 1. Информатика, физика среди дисциплин СПО 

   2. Понятие «познавательный интерес». Цели и задачи активизации познавательной деятельности

Глава 2. Развитие познавательного интереса студентов на занятиях информатики и физики с использованием робототехнических конструкторов Mindstorms EV3

2. 1. История робототехники. Робототехника в учебном процессе

   2. Робототехника в свете ФГОС

   3. Использование робототехники на занятиях физики, информатики

   4. Изучение возможностей образовательного конструктора Mindstorms EV3, его деталей, датчиков, механизмовОсвоение принципов сборки робота на занятиях информатики, физики с использованием деталей конструктора Mindstorms EV3

   5. Создание робота с использованием конструктора Mindstorms EV3 и его демонстрация

   6. Использование готовых роботов на занятиях по физике. Использование робота при обобщении материала по теме «Равномерное движение» 

   7. Использование робота в ходе проведения лабораторной работы «Изучение действия электродвигателя постоянного тока»

Заключение

Список литературы

Приложения

 

Введение

Робототехника, как одна из самых динамично развивающихся областей современных технологий, играет ключевую роль в формировании нашего будущего. Эти удивительные технологические достижения проникают в самые разные сферы жизни, начиная от производства и заканчивая бытовыми задачами. В производственной сфере роботы уже давно зарекомендовали себя как незаменимые помощники. Например, на автомобильных заводах, таких как те, что принадлежат компании Tesla, роботы выполняют множество задач: от сварки деталей до окрашивания готовых автомобилей. Такая автоматизация не только ускоряет процесс производства, но и существенно повышает его качество. Кроме того, она минимизирует риски для здоровья работников, связанные с выполнением опасных или монотонных задач. В медицине робототехника также вносит свой вклад, особенно в области хирургии. Хирургические роботы, такие как Da Vinci Surgical System, способны выполнять сложные операции с высокой точностью и минимальными рисками для пациентов. Благодаря таким технологиям, врачи могут проводить операции с меньшими разрезами, что облегчает процесс восстановления пациентов. В образовании роботы становятся инструментами, способствующими глубокому погружению в научные и технические дисциплины. Образовательные платформы, такие как LEGO Mindstorms, позволяют осваивать основы программирования, мехатроники и решения инженерных задач. Эти навыки крайне важны в современном мире, где технологии занимают центральное место. Космическая отрасль также не остается в стороне. Роботизированные марсоходы, такие как Perseverance от NASA, играют ключевую роль в изучении Марса. Они собирают важные данные о климате, геологии и потенциальной пригодности планеты для жизни. Эти миссии помогают ученым получить ценную информацию для будущих исследований и возможной колонизации космических тел. В быту роботы также находят всё большее применение. Роботы-пылесосы, такие как Roomba, облегчают уборку дома, в то время как умные домашние помощники, например Google Home, используют искусственный интеллект для управления устройствами в доме и предоставления информации по запросу.

Изучение информатики и физики актуально для занятий по робототехнике благодаря межпредметным связям и возможности практического применения знаний в этой области. Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем, и опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, программирование, искусственный интеллект. Изучение информатики и физики помогает сформировать у студентов навыки, необходимые для работы с робототехническими системами, и иллюстрировать техническое приложение этих дисциплин на примере создания и функционирования роботов

Глава 1. ФГОС по специальности «Информационные системы».

1. 1. Информатика, физика среди дисциплин СПО

В соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по специальности «Информационные системы (по отраслям)» личностные результаты освоения образовательной программы должны отражать способность:

• понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес;

• организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество;

• принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность;

• осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития;

• использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности;

• работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями;

• брать на себя ответственность за работу членов команды (подчинённых), результат выполнения заданий;

• самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации;

• ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

Информатика — обязательная часть общеобразовательного цикла образовательной программы среднего профессионального образования (СПО) в соответствии с ФГОС СПО.

Дисциплина изучается в учебных планах для профессий СПО соответствующего профиля профессионального образования. Например, «Информатика» входит в состав общеобразовательных учебных дисциплин по выбору, формируемых из обязательных предметных областей ФГОС среднего общего образования.

Физика как дисциплина среднего профессионального образования (СПО) тоже является обязательной частью общеобразовательного цикла образовательной программы в соответствии с ФГОС СПО по профессии или специальности. Особенно важным разделом физики является «Механика», в таком направлении деятельности как «Робототехника». Именно механические системы позволяют роботам выполнять свои задачи: двигаться, поднимать предметы, сохранять равновесие и многое другое. Без понимания основ механики невозможно создать даже простейшего робота, способного выполнять элементарные действия.

Некоторые темы механики, которые важны в робототехнике:

Кинематика — изучает движение тел без учёта сил, которые это движение вызывают. В робототехнике это важно для проектирования движущихся частей робота, таких как руки, колёса или шасси.

Динамика — учитывает силы, которые влияют на движение. Это особенно важно при создании роботов, которые должны поднимать тяжести или сохранять равновесие.

Механические передачи — элементы, которые передают движение от одного узла к другому. В робототехнике передачи используются для изменения скорости, направления или силы движения.

Устойчивость и баланс — для многих роботов, особенно тех, которые передвигаются на двух ногах или колёсах, важно сохранять устойчивость. Это требует понимания центра тяжести и распределения массы.

Материалы и их свойства — от прочности, гибкости и веса материалов зависит, насколько эффективно будет работать робот. Например, лёгкие сплавы часто используются для создания подвижных частей, чтобы уменьшить нагрузку на двигатели.

В системе средств оптимизации обучения, большая роль принадлежит средствам формирования и развития познавательных интересов, познавательной деятельности студентов. Среди многих проблем, совершенствования учебного процесса, проблема формирования и развития познавательных интересов студентов является одной из самых значимых. Познавательный интерес и познавательная деятельность является такой основой учебной деятельности, которая обеспечивает активное и сознательное усвоение знаний.

Данная работа преследует цель изучения развития познавательного интереса и познавательной деятельности на занятиях физики, информатики путём создания личностно-ориентированной среды, применения различных деталей и механизмов конструктора Mindstorms EV3 для создания роботов.

Задачи:

1. Использование основных источников формирования познавательного интереса.

2. Формирование учебной мотивации, осмысления практической значимости полезности приобретаемых знаний, умений, навыков. Использование полученных знаний на практике.

3. Формирование личностных качеств студентов в общении и совместной деятельности на занятиях.

1. 2. Понятие «познавательный интерес». Цели и задачи активизации познавательной деятельности.

Под познавательным интересом к предмету понимается избирательная направленность психических процессов человека на объекты и явления окружающего мира, при которой наблюдается стремление личности заниматься именно данной областью. Интерес - мощный побудитель активности личности, под его влиянием все психические процессы протекают особенно интенсивно и напряженно, а деятельность становится увлекательной и продуктивной. Основная цель обучения может быть достигнута только тогда, когда в процессе обучения будет сформирован интерес к знаниям, так как только при условии, если студенту интересно на занятии, можно достигнуть эффекта сопереживания, пробуждающего определенные нравственные чувства и суждения студентов.

М.Ф. Беляев в работе "Психология интереса" дает следующее определение интереса: "Интерес есть одна из психологических активностей, характеризующая как общая сознательная устремленность личности к объекту, проникнутая отношением близости к объекту, эмоционально насыщенная и влияющая на повышение продуктивности деятельности".

Это определение является наиболее полным, так как позволяет выделить следующие специфические признаки:

- объективная отнесенность, из которой следует, что беспредметных интересов быть не может;

- сознательное стремление к объекту, что отличает интерес от влечения;

- эмоциональная насыщенность, указывающая на то, что удовлетворение интереса связано с положительными эмоциями, а невозможность удовлетворения интереса вызывает отрицательные эмоции;

- благотворное влияние на продуктивность деятельности, что делает интерес особо ценным в педагогическом отношении.

Несмотря на различные трактовки сущности интереса, большинство психологов относят интерес к категории направленности, то есть к стремлению личности к объекту или деятельности.

Познавательный интерес представляет собой особый сплав важнейших для развития личности психологических процессов. В интеллектуальной деятельности, протекающей под влиянием познавательного интереса, проявляются:

- активный поиск;

- догадка;

- исследовательский подход;

- готовность к решению задач.

Эмоциональные проявления, вплетенные в познавательный интерес, выражаются:

- эмоциями удивления;

- чувством интеллектуальной радости;

- чувством успеха.

Интерес обладает возможностями актуализировать наиболее важные элементы занятий, содействовать успешному приобретению умений и навыков. Являясь мотивом учения, познавательный интерес способствует тому встречному движению ученика к учителю, которое необходимо для успешного процесса учения.

Проблема интереса в обучении не является новой, ей всегда уделялось и уделяется большое внимание в психолого-педагогической литературе.

Цели и задачи активизации познавательной деятельности

Развитие познавательных творческих способностей обучающихся - цель деятельности преподавателя, а применение различных приемов активизации является средством достижения цели. Чтобы создать оптимальные условия для развития студентов, я стараюсь чаще использовать активные методы обучения. Применяя те или иные методы и приемы активизации, всегда учитываю имеющийся уровень развития познавательных способностей студентов. Любая деятельность человека (не только познавательная) складывается из отдельных действий, а сами действия можно разложить на отдельные операции. Обучающийся в процессе познавательной деятельности совершает отдельные действия: слушает объяснение преподавателя, читает учебник и дополнительную литературу, решает задачи, выполняет экспериментальные задания и т.д. Каждое из указанных действий можно разложить на отдельные психические процессы: ощущение, восприятие, представление, мышление, память, воображение и т.д.

Среди всех познавательных психических процессов ведущим является мышление. Следовательно, активизировать познавательную деятельность обучающихся – это значит, прежде всего, активизировать их мышление.
Кроме того, развивать познавательные способности – это значит формировать мотивы учения. Студенты должны не только научиться решать познавательные задачи, у них нужно развить желание решать эти задачи.
Итак, используемые при обучении приемы и методы познавательной деятельности должны предусматривать постепенное, целенаправленное и планомерное развитие мышления студентов и одновременное формирование у них мотивов учения.

Глава 2. Развитие познавательного интереса студентов на занятиях информатики и физики с использованием робототехнических конструкторов Mindstorms EV3

2.1. История робототехники. Робототехника в учебном процессе

Робототехника – это область науки и техники, связанная с созданием, исследованием и применением роботов. Робот – это машина, которая воспринимает, мыслит и действует. При этом робот может, как иметь связь с человеком (получать от него команды), так и действовать автономно.

История робототехники неразрывно связана с большинством изобретений, сделанных человечеством. Практически невозможно отделить ее от истории развития науки, техники и тем более от истории возникновения и становления компьютерных технологий.

Еще с древних времен человек хотел создать такие механизмы, которые могли бы выполнять вместо людей тяжелую и вредную работу.

Без роботизированных устройств трудно представить человеческое существование в XXI веке. Робот – это машина, которую можно запрограммировать выполнять разнообразные виды движений, реагировать на внешние раздражители и выполнять разнообразные работы и задания. Робототехника – это область техники, связанная с разработкой и применением роботов и компьютерных систем управления ими.

Робототехника опирается на такие дисциплины, как физика (механика, оптика, электроника и др.), математика и информатика. Образовательная робототехника – это новое междисциплинарное направление обучения, интегрирующее знания о физике, информатике, технологии, математике. Образовательная робототехника может служить уникальным инструментом обучения, который помогает сформировать привлекательную для студентов учебную среду с практически значимыми и занимательными мероприятиями, подкрепляющими интерес студентов к изучаемой дисциплине.

2.2. Робототехника в свете ФГОС

Переход системы образования на новые федеральные государственные образовательные стандарты определил более широкое использование инновационных педагогических и информационных технологий, следование идеям опережающего развития и системно-деятельностного подхода. Согласно этому, студентов необходимо обучать не только с технологиями, востребованными в настоящее время, но и с теми, чье массовое использование пока еще только прогнозируется. В связи с этим весьма актуальным и востребованным в настоящее время является изучение в СПО основ робототехники. В СПО робототехнические конструкторы используются для обучения студентов по программам дополнительного профессионального образования, проведения демонстрационных и лабораторных учебных экспериментов по физике, информатике, химии, биологии, при выполнении практических заданий. Изучение робототехники реализуется в следующих формах:

- дополнительное образование, проектная деятельность, курс по выбору;

- включение элементов робототехники в содержание ряда спец. дисциплин (физики, информатики и ИКТ, технологии, математики);

Современные требования ФГОС хорошо согласуются с базовыми принципами организации деятельности студентов при работе с робототехническими комплексами. Конструирование, моделирование, программирование роботов отличается высокой степенью творчества, самостоятельности, коммуникации в группе. У студентов формируются компетенции, необходимые современному гражданину государства.

2.3. Использование робототехники на занятиях физики, информатики

На сегодняшний день можно выделить следующие педагогические цели использования робототехники в преподавании физики, информатики и ИКТ:

1) демонстрация роли физики, информатики и ИКТ в проектировании и использовании современной техники, роботов;

2) развитие экспериментальных умений и навыков у студентов;

3) усиление предпрофильной и профильной подготовки студентов, их ориентация на профессии инженерно-технического профиля.

Роботы созданные на базе Mindstorms EV3 и их использование на занятиях по физике, информатике возможно в следующих направлениях:

• Робот как объект изучения. Изучение физических принципов работы датчиков, двигателей и других систем конструктора.

• Робот как средство измерения в традиционном эксперименте. Датчики базового конструктора и дополнительные виды датчиков используются как измерительная система в физическом эксперименте с обработкой и фиксацией его результатов в различных видах.

• Робот как средство постановки эксперимента (роботизированный эксперимент). Комплексное использование двигателей, систем оповещения, датчиков, робототехнического конструктора в демонстрационном и лабораторном эксперименте.

• Робот как средство учебного моделирования и конструирования. Изучение основ программирования для разных видов роботов.

• Применение образовательной робототехники в проектно-исследовательской и конструкторской работе студентов, в частности: использование имеющихся роботов с другими системами, создание нового робота, модернизация робота (разработка и проектирование новых датчиков и других систем робота, расширяющих возможности его использования, в том числе в новых условиях).

При проведении практических работ с применением робототехники возможен разный уровень сложности выполнения учебных заданий. Данный уровень определяется:

1) степенью участия студентов в сборке и настройке автоматизированного эксперимента является работа на готовой установке; самостоятельная сборка и наладка установки, программная настройка датчиков, разработка программы для обработки результатов;

2) уровнем дидактической поддержки учебной работы студентов является выполнение проекта по инструкции; выполнение проекта по инструкции с применением конструктивных схем по сборке; выполнение проекта по программированию робота.

2.4. Изучение возможностей образовательного конструктора Mindstorms EV3, его деталей, датчиков, механизмов.

Образовательные конструкторы Mindstorms EV3 предоставляют средства для достижения целого комплекса образовательных целей, в том числе:

1. Развитие словарного запаса и навыков общения при объяснении работы модели.

2. Установление причинно-следственных связей.

3. Анализ результатов и поиск новых решений.

4. Коллективная выработка идей, упорство при реализации некоторых из них.

5. Экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов.

6. Проведение систематических наблюдений и измерений.

7. Использование таблиц для отображения и анализа данных.

8. Логическое мышление и программирование заданного поведения модели.

На уроках физики, информатики наши студенты используют конструктор Lego Mindstorms EV3, т.к. сегодня платформа Lego является безусловным лидером образовательной робототехники. Наборами Lego Mindstorms оснащены кружки во многих странах мира. На практике мы убедились в том, что конструктор очень прочный, редко удается что-то сломать, и главное достоинство – это простота и скорость сборки. Я считаю, что Lego Mindstorms – это хороший вариант роботизированных конструкторов, с которых можно начать свое знакомство с робототехникой.

Mindstorms EV3 и среда его программирования

В 2013 году в свет вышла модель LEGO Mindstorms EV3.

Lego Education Mindstorms EV3 — образовательный робототехнический конструктор, разработанный специально для учебных заведений. С помощью него ученик сможет создать своего первого робота. Все детали имеют повышенную износоустойчивость и при адекватном использовании комплект способен пережить несколько учебных лет. А в случае повреждения одного из датчиков или соединительных проводов их можно поменять.

Мозгом платформы является программируемый Микрокомпьютер (хаб) EV3 с экраном и портами ввода-вывода, он контролирует работу моторов и датчиков. (Приложение 1).

Соединяются компоненты платформы специальными кабелями из комплекта. Помимо обычных деталей lego (балки, оси, пластины, и др.) в набор EV3 входят: встроенные в моторы датчики вращения и ультразвуковой датчик, датчик цвета, гироскопический датчик и два датчика касаний, инфракрасный датчик, перезаряжаемая аккумуляторная батарея, три электро-серво мотора, соединительные кабеля, USB-кабель.

(Приложения 1-7)

 

Особенности сборки лего-роботов

Для того, чтобы создать робота и программы для него, наши студенты на занятиях изучили суть работы каждого датчика, т.к. данные знания позволяют правильно рассчитать траекторию движения робота, его функциональность и т.д.

Главный элемент роботизированного лего-конструктора – это микрокомпьютер (микропроцессор), он является «мозгом» робота в любом наборе лего-конструкторов. Он позволяет лего-роботу «ожить» и осуществлять различные действия. Микрокомпьютер (микропроцессор) EV3 содержит в себе: процессор, FLASH память (16 мегабайт), операционную систему Linux и многое другое. Микропроцессор контролирует моторы и собирает данные с датчиков. (Приложение 1- 4).

На занятиях студенты узнали, что одним из важнейших элементов конструктора является сервомотор. Данный элемент создан для работы с микрокомпьютером и имеет встроенный датчик вращения, благодаря которому мотор может соединяться с другими моторами, позволяя роботу двигаться с постоянной скоростью. Информацию об окружающем мире робот получает от нескольких датчиков: ультразвукового, датчика касания и датчика, позволяющего распознавать цвета.

Ультразвуковой датчик позволяет измерять расстояние до объектов.

Датчик касания позволяет роботу реагировать на касания, распознает три ситуации: прикосновение, щелчок и освобождение. Также способен определить количество нажатий, как одиночных, так и множественных.

Датчик цвета дает возможность роботу определять цвет поднесенного к нему предмета, измеряет степень освещенности, рассеянный свет и отраженный свет. (Приложение 2).

Балки исполняют роль каркаса (скелета вашего робота). Другая группа деталей служит для соединения балок между собой, с блоком и датчиками. Детали, имеющие крестообразное сечение, называются осями (иногда штифтами) и служат для передачи вращения от моторов к колесам и шестерням. Детали, похожие на цилиндры (имеющие в сечении окружность) называются пинами (от англ. pin - шпилька). (Приложение 3).

2.5. Освоение принципа сборки робота на уроках физики, информатики с использованием деталей конструктора Mindstorms EV3.

Для сборки робота на занятиях физики, информатики студентам пришлось изучить ПО и способы программирования робота, чтобы в результате получить пример не только статичной, но и динамичной модели робота. Когда все уже разобрались с деталями Lego Mindstorms EV3, они приступили к изучению программного обеспечения для EV3. Программное обеспечение Mindstorms EV3 основано на Lab VIEW, графическом языке программирования, которым пользуются ученые и инженеры по всему миру (что еще раз подтверждает важность и значимость изучения данного графического языка программирования на уроках в школе). В Mindstorms EV3, по словам самих студентов, им понравилось удобство работы в среде программирования (возможность перетаскивать и размещать командные блоки, нет необходимости самим писать программный код).

Таким образом, был освоен принцип создания программы (размещение блоков функциональности на схеме). В зависимости от типа блока, каждый блок может быть сконфигурирован. Например, «Средний Мотор» имеет 5 режимов работы:

1. выключить,

2. включить и вращать,

3. включить в течение определенного количества секунд,

4. включить и повернуть на определенный градус,

5. включить и повернуть фиксированное число раз.

Интуитивно понятный интерфейс среды программирования позволил студентам сначала создать простые программы, а затем развить навыки программирования, делая возможным создание сложных многоуровневых программ и проведения различной экспериментальной работы.

Создавая робота на основе конструктора Mindstorms EV3 студенты придерживались следующих этапов:

1. составление задачи (какие действия должен выполнять робот);

2. сборка робота;

3. программирование робота на ПК согласно условиям задачи;

4. выгрузка материала непосредственно в робота;

5. проверка проделанной работы.

2.6. Создание робота с использованием конструктора Mindstorms EV3 и его демонстрация.

Во время сборки робота студентам потребовались следующие группы деталей: балки, коннекторы, моторы, кабели, шестерни. (Приложения 2-6).

После того, как собранный робот был уже готов, студенты приступили к этапу программирования робота. Для этого им потребовалось специальное программное обеспечение со средой программирования в EV3, которое можно найти в свободном доступе на сайтах лего-робототехники для конструктора Lego Mindstorms. Установив данное ПО на ноутбуки они изучили среду программирования и программные блоки.

Программные блоки сгруппированы в шесть категорий:

1. действие (зеленый),

2. управление потоком (оранжевый),

3. датчики (желтый),

4. операции над данными (красный),

5. дополнительные (синий),

6. мои Блоки (циановый).

Программный интерфейс Mindstorms EV3 позволяет сначала создать простые программы, а затем развивать навыки программирования, создавать сложные многоуровневые программы и экспериментальную работу в этой области. Подключение робота к ноутбуку осуществлялось через порт USB (в этом случае робот был привязан к компьютеру и программу на выполнение можно было запускать прямо из среды программирования). Во время выполнения программы есть возможность визуально контролировать ход её выполнения, заголовки выполняющихся в данный момент программных блоков – мерцают. Также студенты наблюдали текущие показания датчиков, пока робот оставался подключенным к среде программирования.

2.7. Использование готовых роботов на занятиях по физике. Использование робота при обобщении материала по теме «Равномерное движение».

В качестве иллюстрации использования заданий по робототехнике на занятиях физике я могу привести такой пример: тема: «Изучение равномерного движения». Вот такие варианты вопросов и заданий:

1. Какова траектория движения робота?

2. Вследствие чего движение роботов мы можем назвать равномерным?

3. Сравните скорость движения различных моделей роботов?

4. Определите скорость движения робота.

5. Постройте график движения роботов.

Возможные ответы студентов:

1. Прямая линия.

2. Вследствие того, что роботы за равные промежутки времени проходят равные расстояния.

3. Скорость одной из моделей роботов больше, потому что за равный промежуток времени он проходит большее расстояние.

4. Для решения измеряется длина пути и ведется отсчет времени. По полученным данным определяется скорость робота.

5. По данным, полученным в ходе выполнения 4 задания строится график движения модели робота.

В данном случае сборку и программирование робота уместно осуществлять до начала занятия. Схему сборки и программу работы робота можно найти на сайте производителя вашего комплекта робототехники.

После проведения данного фрагмента занятия студенты отвечали на следующие вопросы:

1. Как вы считаете, нужно ли использовать роботов на занятиях информатики и физики?

2. Хотели бы вы заниматься робототехникой на занятиях физики, информатики или во внеурочное время?

3. Предложите свои способы применения роботов на занятиях информатики, физики.

2.8. Использование робота в ходе проведения лабораторной работы «Изучение действия электродвигателя постоянного тока»

При проведении лабораторной работы «Изучение электродвигателя постоянного тока» студентам необходимо было собрать модель шагающего робота, написать программу для движения робота. В качестве выводов о проделанной работе студенты отвечали на вопросы:

1. Назовите основные составляющие модели, позволяющие приводить в действие электромотор постоянного тока?

2. Что называется мотором?

3. Что называется электромотором постоянного тока?

4. Что собой представляет плата управления электромотора?

5. Что является следствием работы электромотора в данной модели?

6. Как можно изменить модель робота?

Примерные выводов студентов:

1. Основными деталями данного робота являются: процессорная плата, плата управления электромотором постоянного тока, электромотор постоянного тока.

2. Мотор - механизм, вращающий ось.

3. Электромотор постоянного тока - электрическая машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

4. Если процессор дает плате управления электродвигателем команду прямого вращения, плата подаёт мотору электрический ток для прямого вращения. Таким образом, двигатель начнёт работать. Если процессор дает команду обратного вращения, плата управления электродвигателем подаёт электрический ток противоположной полярности.

5. Следствием работы электромотора в данной модели является движение и повороты робота.

6. Закрепить еще один электромотор постоянного тока, но уже на руках робота, что позволит роботу делать вращательные движения руками.

Практическая значимость такой познавательной деятельности студентов очевидна, они самостоятельно создают модель робота и проводят эксперимент (могут использовать не только стандартную программу), что способствует наибольшему пониманию темы и развитию познавательного интереса на занятиях.

Заключение

Проблемы познавательного интереса и познавательной деятельности студентов обусловлена задачами современного общества, обеспокоенного подготовкой молодого поколения к профессиональной деятельности. Эта проблема широко рассмотрена в психолого-педагогических исследованиях.

Физика и информатика, как учебные дисциплины, формируют первичные представления о современной картине мира, способны развивать познавательные интересы и творческие способности студентов, их мировоззрение и убеждения, т.е способствуют воспитанию высоконравственной личности. Вот уже многие годы мы наблюдаем, что студенты, хорошо овладевшие физикой, информатикой успешно обучаются как в технических, так и гуманитарных вузах, и тем и другим знание физики и информатики позволяют освоить профессию.

Главная идея данной работы в том, что преподаватель должен поддерживать высокую мотивацию к предмету с первых занятий и в течение всего процесса обучения, вывести наиболее заинтересованных предметом студентов на хороший конечный результат, который принесет удовлетворение и студентам, и родителям, и преподавателю, явится логическим завершением изучения дисциплины. Робототехника на занятиях физики, информатики и занятиях по дополнительным образовательным программам - как раз позволяет выполнить все поставленные задачи, развить интерес к предмету и сформировать навыки познавательной деятельности при выполнении практической части занятий. Робототехническая платформа Mindstorms EV3 не единственная в этом роде, есть и др. образовательные робототехнические конструкторы позволяющие создавать различные модели, механизмы, роботы и использовать их на занятиях и во внеурочной деятельности.

Результаты использования данной методики показали, что на первых этапах изучения физики роботизированные устройства целесообразно использовать только как часть экспериментальной установки, при необходимости, в качестве измерителя и предоставить студентам возможность самостоятельно производить обработку результатов измерения. Программируемые образовательные робототехнические устройства целесообразно использовать в старших группах, когда робот может быть использован не только как элемент лабораторной установки, но и как измеритель, а его программное обеспечение позволяет быстро и качественно провести измерения и затем провести обработку экспериментальных данных. Создавать свои роботизированные механизмы, которые можно использовать для конкретных целей и задач.

Модели различных лего-роботов будут интересны студентам, школьникам и др. учебных заведений, их можно демонстрировать не только на лекционных и практических занятиях, занятиях по внеурочной деятельности, но и на различных выставках, использовать на конкурсах и соревнованиях по робототехнике. Возможности различных роботов можно показывать на занятиях по физике, информатике и ИКТ, классных часах, что позволит заинтересовать студентов, школьников лего-робототехникой и повысить интерес к информационным технологиям и инженерным профессиям. Данная познавательная деятельность на занятиях физики, информатики позволяет замотивировать обучающихся, пробудить интерес к изучению сложного предмета, к роботостроению, программированию и конструированию. (Приложение 8).

 

Список литературы

1. Беляев М.Ф. Психология интереса. - М., 1957.

2. Демидова М.Ю. Методический справочник учителя физики/Сост.; М.Ю. Демидова, В.А. Коровин.-М.: Мнемозина, 2003.

3. Дейкина А. Ю. Познавательный интерес: сущность и проблемы изучения, 2002 г.

4. Елькин В.И. Оригинальные уроки физики и приемы обучения. -М.: Школа-Пресс, 2000.

5. Булгаков, А. Г. Промышленные роботы. Кинематика, динамика, контроль и управление / А. Г. Булгаков, В. А. Воробьев. — М.: Солон-Пресс, 2017.

6. Жмудь, В. А. Динамика мехатронных систем: учебное пособие / В. А. Жмудь, Г. А. Французова, А. С. Востриков. — Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2014.

7. Кравцов, А. Г. Основы промышленной робототехники: учебное пособие для СПО / А. Г. Кравцов, К. В. Марусич. — Саратов: Профобразование, Ай Пи Ар Медиа, 2019.

8. Рыбак, Л. А. Роботы и робототехнические комплексы: учебное пособие / Л. А. Рыбак, Е. В. Гапоненко, Ю. А. Мамаев. — Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, ЭБС АСВ, 2013.

9. Степыгин, В. И. Теория механизмов и основы робототехники. Зубчатое зацепление: учебное пособие / В. И. Степыгин, Е. Д. Чертов. — Воронеж: Воронежский государственный университет инженерных технологий, 2019.

10. Маркова А.К. Мотивация учебной деятельности. - М.: Просвещение, 1990.

11. Mindstorms EV3 [Электронный ресурс]. – URL: https://www.lego.com/ru-ru/mindstorms /

12. Официальный сайт образовательной робототехники LEGO Education [Электронный ресурс]. – URL: http://www.lego.com/ruru/mindstorms

13. Клаузен, П. Компьютеры и роботы [Текст] / Пер. с нем. С.И. Деркунской. – Москва: Мир книги, 2006.

14. Копосов, Д.Г. Первый шаг в робототехнику: учеб. пособие / Д.Г. Копосов. – Москва: Бином. Лаборатория знаний, 2014.

15. Овсяницкая, Л.Ю. Курс программирования робота EV3 в среде Lego Mindstorms EV3: учеб. Пособие. – М.: Изд-во «Перо», 2016.

16. Овсяницкий, Д.Н. Ожившая механика. Шагающий робот-шагозавр учеб. пособие / Д.Н. Овсяницкий, Л.Ю. Овсяницкая, А.Д. Овсяницкий. –Челябинск, Электронная книга, 2015.

17. Русецкий, А.Ю. В мире роботов. / А.Ю. Русецкий. – М.: Просвещение, 1990.

18. Филиппов, С.А. Робототехника для детей и родителей: научное издание / С.А. Филиппов. - СПб.: Наука, 2010.

19. Вязовов С.Я., Калягина О.Ю., Слезин К.А. Соревновательная робототехника: приемы программирования в среде ЕV3: учеб.-практ. пособие. – М.: Перо, 2014.

20. Ершов М.Г. Робототехника как объект изучения в курсе физики // Педагогическое образование в России. – 2015. – № 3.

21. Ершов М.Г., Оспенникова Е.В. Образовательная робототехника как инновационная технология реализации политехнической направленности обучения физике в средней школе // Педагогическое образование в России. – 2015. – № 3.

22. Ершов М.Г., Оспенникова Е.В. Образовательная робототехника как инструмент познания в учебном процессе по физике // Вестник ЧГПУ. – 2015. – № 3.

23. Халамов В.Н. и др.. Образовательная робототехника на уроках информатики и физики в средней школе: учебно-метод. пособие. – Челябинск: Взгляд, 2011.

Полный текст статьи см. в приложении.