В статье рассматривается вопрос об использовании Arduino, как способа актуализации знаний и применения разделов математики в практической деятельности с целью мотивации учащихся к дальнейшему формированию и развитию математических знаний.
Ключевые слова: робототехника, математика, информатика, внеклассная деятельность, кружковая деятельность, программирование, робототехнические системы, межпредметные связи, STEM-технологии, Arduino.
Робототехника достаточно молодая дисциплина для современного образования Республики Казахстана. В связи с этим часто возникают проблемы при изучении данного направления. Одна из важнейших проблем заключается в уровне математических знаний при создании проектов и выполнении практических работ на уроках робототехники.
Робототехника — это область техники, связанная с разработкой и применением роботов, а также компьютерных систем для управления ими, сенсорной обратной связи и обработки информации. Сегодня робототехнические конструкторы используются для проведения демонстрационных учебных экспериментов по физике, химии, биологии, математике и основам безопасности жизнедеятельности [1].
Основываясь на использовании информатики и программирования, учащиеся в ходе проектирования своих роботов изучают ключевые принципы программирования, развивают алгоритмическое мышление, приобретают знания и умения в создании и отладке программных алгоритмов.
Физика раскрывается в подтверждении гипотез эмпирическим путем в проведении различного рода опытов, всестороннем анализе полученных проектируемым роботом данных, и так же в изучении концептов механики, оптики, термодинамики, магнитных явлений и принципов радиосвязи.
Математика является фундаментом информатики и робототехники. Вычислительные операции на основе разделов, изучаемых на уроках математики, происходят, как при проектировании моделей автоматизированных устройств, так и при программировании кода, включающего в себя алгоритмы, логические операции, сортировки, статистический анализ данных и множество других моментов, которые невозможно реализовать без должного уровня математических знаний. Измерение времени, скорости, ускорения и расстояний, работа с переменными, случайными и пороговыми величинами, изучение геометрических, тригонометрических концепций в рамках робототехники положительно сказывается на практической значимости математики в глаз учащихся.
Arduino представляет собой отладочную электронную плату, которая включает в себя процессор и запоминающее устройство, помимо основных устройств имеются контакты для подключения устройств: датчиков, модулей, транзисторов и др. К основным функциям процессора относится запуск загруженной с компьютера программы, управление устройствами платы и выполнение вычислительных операций, т. е. работа с числами и переменными с помощью математических функций. Посредством математических операций в совокупности с рядом подключенных устройств, процессор позволяет производить статистику, анализировать и обрабатывать данные, полученные датчиками.
Программирование процессора Arduino происходит на основе языка программирования С++, который в своё время отличается вариативностью математических функций, используя встроенную библиотеку math.h. Такие возможности предоставляют ученикам широкий диапазон подходов к проектированию и созданию уникальных робототехнических систем, т. к. правильная работоспособность и функционал робота заключается в его программном коде.
Без должного уровня математических знаний в области алгебры, геометрии и математического анализа учащиеся столкнуться с трудностями в изучении и работе с роботами, как на среднем, так и на более высоком уровне.
Примером математических функций при проектировании робота является использование раздела тригонометрии и знание формул окружности (cos, sin, tan в языке программирования C++ с типом данных double x — числа с плавающей точкой, занимающие 8 бит памяти). При работе с робототехническими системами перед учащимися встаёт задача об определении траектории движения создаваемого проекта (если подразумевается его подвижность) [2].
При программировании роботов также используются знания булевой алгебры (раздел математики, изучающий высказывания со стороны логических значений), которая имеет широкое практическое применение в курсе робототехники. Использование данного раздела позволяет учащимся строить логические схемы, позволяющие обрабатывать сигналы датчиков, диодов и других устройств, при создании проекта на базе Arduino [3].
Применение функций и расчётов при работе платой Arduino актуализирует знания по математике, выстраивая перед учащимися необходимость в изучении математического курса в рамках средней и старшей школы. Подобным методом создания проблемных ситуаций учитель благополучно воздействует на мотивацию учеников.
Выводом является то, что робототехника представлена наукой, которая объединяет в себе несколько школьных дисциплин: информатика, физика, математика. Правильное построение образовательного процесса, подбор заданий, проектов и практических работ с использованием роботов и электронных схем положительно сказывается на повышении и усвоении знаний, умений и навыков по вышесказанным дисциплинам. А главным образом актуализирует и раскрывает практическую значимость в изучении данных предметов, в частности алгебры и геометрии [4].
Литература:
- Папко С. С. Возможности использования робототехники на уроках математики // Международный школьный научный вестник. — 2016. — № 4.; URL: https://school-herald.ru/ru/article/view?id=103 (дата обращения: 13.10.2021).
- Денисова Л. В., Дженжер В. О., Третьякова И. С. Использование учебных робототехнических моделей при изучении дисциплин физико-математического цикла // Современные информационные технологии и ИТ-образование. — 2015.; URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-uchebnyh-robototehnicheskih-modeley-pri-izuchenii-distsiplin-fiziko-matematicheskogo-tsikla/viewer (дата обращения: 14.10.2021).
- Джереми Б. Изучаем Arduino // Б. Джереми — СПб.: Издательский центр «БХВ-Петербург», 2015. — 401c.
- Еременко С. А. Роботы оживят уроки математики // Наша сеть: социальная сеть работников образования. — 2017., [URL: https://nsportal.ru/shkola/raznoe/library/2015/11/11/roboty-ozhivyat-uroki-matematiki (дата обращения: 14.10.2021).
