Библиографическое описание:

Келбусова С. С., Соколова Д. М. Возможности использования конструктора LEGO в учебном процессе [Текст] // Аспекты и тенденции педагогической науки: материалы I Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, декабрь 2016 г.). — СПб.: Свое издательство, 2016. — С. 198-201.



В последние годы в российском образовании всё более популярной становится образовательная робототехника. Сотни школ используют конструкторы нового поколения в дополнительном и основном образовании. Во многих регионах России образовательная робототехника успешно развивается на протяжении уже нескольких лет. Робототехника становится сегодня популярным и эффективным средством в изучении информатики, физики, технологии и других предметов, что позволяет достигать высоких результатов в обучении и мотивации школьников к выбору профессий инженерно-технического профиля. [1,c.104]

При знакомстве с робототехникой учащиеся на практике начинают понимать, как применять математические формулы для расчёта траектории движения, физические законы для расчета заряда аккумулятора и мощности моторов, химические формулы и процессы для проведения замеров и расчётов. [3,c.1]

Для организации занятий школьников в области робототехники на рынке предлагается много различных конструкторов, которые дают возможность ученику собрать конструкцию робота, составить программу и запустить модель. Наиболее популярным конструктором является LEGO, т. к. основными идеями его являются модульность и совместимость. Приобретая разные наборы конструктора можно собирать всевозможныемодели автомобилей, самолетов, кораблей.

В 2014 году в комплекте с оборудованием для кабинета физики в нашу школу были поставлены LEGOMINDSTORMS NXT конструкторы. Первоначально их использовали для участия в соревнованиях по робототехнике «Битва роботов», которые организовывает и проводит Череповецкий государственный университет для старшеклассников школ города — своих будущих абитуриентов. К сожалению, не во всех учебных заведениях нашего города есть такие конструкторы, и наша школа в числе немногих явились счастливыми обладателями тренажеров для соревнований «Битва роботов». После уроков учителя информатики и ученики 10-х классов собирали ЛЕГО модели, знакомились со средой программирования NXT-G и учились писать программы для преодоления трассы вдоль черной линии и участия в состязании кегельринг. Оказалось, что собрать робота достаточно просто, а вот программировать сложнее. В интернете есть обучающие сайты по программированию в среде NXT, однако по готовой программе работать не так-то и просто, приходилось отлаживатьее, придумывать свои модули, поскольку чтобы победить, нужен не стандартный подход к решению.

Впервые принимая участие в соревнованиях «Битва роботов» (LEGO конструктора у нас тогда не было) не смогли пройти в итоговый раунд конкурса из-за отсутствия практического опыта. В прошлом году оказались в финале и в первом конкурсе движение по черной линии показали лучшее время. Во втором туре кегельринг уступили соперникам. В этом году с учениками старших классов решили попробовать свои силы и поучаствовать в конкурсе «РобоФест iCity — 2016», который проходил в Череповце в рамках межрегионального форума информационных технологий «ИТ-форум #iCity2016». После интенсивных тренировок удалось придумать и написать рабочую программу для движения робота собственной конструкции вдоль черной линии. Соревнования проходили по олимпийской системе, из каждой пары в заезде проходил далее только один робот. После шести часов соревнований (сборка робота, программирование, отладка и сами заезды) в упорной борьбе мы победили.

Соревнования роботов — это интересно и увлекательно, но возникает вопрос: Почему LEGO конструкторы находились в учебном комплекте кабинета физики? Изучив различные источники, захотелось на практике доказать, что конструктор в изучении физики принесет новую волну интереса школьников. Решили подготовить и провести лабораторную работу по физике для 9 класса «Измерение ускорения тела при равноускоренном движении».

Так как у учащихся огромный интерес к изучению нового, то без труда нашли помощников для проведения эксперимента, написания программы для работы установки и создания описания к работе, а также инструкции для сборки установки в программе LEGODigitalDesigner. И вот что получилось.

Лабораторная работа по теме «Измерение ускорения тела при равноускоренном движении».

Цель работы: вычислить ускорение, с которым скатывается шарик по наклонному желобу.

Приборы и материалы: конструктор LEGO MINDSTORMS, ноутбук или компьютер с программным обеспечением NXTSoftware, программа для работы системы.

Порядок выполнения работы:

  1. Сборка базовой конструкции.

Конструкция представляет собой модификацию традиционной установки, дополненную:

1) датчиком света (устанавливается в нижней части наклонной плоскости и реагирует на прокатывающийся мимо него шарик, останавливая программный секундомер, который замеряет время скатывания шарика с наклонной плоскости);

2) датчиком расстояния (устанавливается в верхней части наклонной плоскости, крепится на устройство для запуска шарика, измеряет длину наклонной плоскости);

3) датчиком касания (устанавливается в любой точке установки, приводит в «движение» установку);

4) микропроцессорным блоком NXT (устанавливается на поверхности стола, в процессе демонстрации на экран микропроцессорного блока выводится время движения и перемещение шарика).

На рисунке 1 показаны датчики, которые использовались для сборки установки (датчик света, датчик касания, датчик расстояния).

Рис. 1. Датчики

На рисунке 2 показан пример установки, которую собрали на уроке, на базе конструктора LEGO MINDSTORMS с микропроцессорным блоком NXT, до начала эксперимента (а) и после него (б).

Рис. 2а. Установка до эксперимента

Рис. 2б. Установка после эксперимента

Основной частью установки является наклонный желоб, состоящий из деталей LEGO конструктора (балки и штифты), по которому скатывается шарик. В верхней части желоба закрепляется устройство, которое по команде программы управления установкой отпускает шарик, программа пишется до начала урока и загружается в микропроцессор NXT с ноутбука при помощи USB кабеля. В момент нажатия на кнопку датчика касания (пуска шарика) микропроцессорный блок запускает программный секундомер, который останавливает шарик, прокатываясь мимо датчика света.

В начале эксперимента шарик помещается на верхнюю часть плоскости и удерживается от скатывания балками, прикреплёнными к сервомотору.

Ход работы:

1) Включить ноутбуки, открыть файл инструкция. lfx, расположенный на рабочем столе. Собрать установку для измерения ускорения движения тела по наклонной плоскости.

2) Установить шарик в установку.

3) Открыть файл программа.rbt, расположенный на рабочем столе и загрузить готовую программу в микропроцессор NXT.

4) Запустить программу, загруженную в микропроцессор.

5) Записать показания датчика расстояния S c экрана микропроцессора.

6) Нажать датчик касания.

7) Записать время движения шарика t с экрана микропроцессора.

8) Рассчитать значение модуля ускорения: a= 2S/t2.

9) Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

№ опыта

S, м

t, c

a, м/с2

9) Сделать вывод.

После ряда удачных экспериментов было решено использовать лабораторную работу на уроке физики в 9 классе. По итогам урока учащимся было предложено заполнить анкету рефлексии.

Вопросы

да

нет

незнаю

1

Понравилось тебе необычная практическая работа?

100 %

0 %

0 %

2

Интересно было собирать экспериментальную установку в LEGO конструкторе?

92 %

8 %

0 %

3

Хотел бы ты сам придумать и провести эксперимент по физике или другому школьному предмету, используя LEGO конструктор?

79 %

9 %

12 %

4

Хотел бы ты научиться писать программы для управления экспериментальными установками?

59 %

15 %

26 %

5

Что больше всего понравилось в работе на уроке? (1.собирать установку по инструкции, 2.проводить эксперимент, ……)

1

2

другое

25 %

57 %

18 %

Конструктор LEGO помогает обучающимся лучше усваивать материал по физике через игровую и учебно-исследовательскую деятельность на уроке. Спланированная и организованная работа с образовательным конструктором значительно упрощает подачу практического материала, обучающиеся с интересом выполняют предложенные задания.

Применение на занятиях конструктора LEGO способствует развитию навыков конструирования и алгоритмического мышления. Осуществляется комплексный подход к развитию таких качеств личности, как внимательность, терпение, трудолюбие, а также происходит развитие коммуникативных навыков при работе в группах и устных или письменных рассуждениях [2, c.20].

Продолжим работать с конструктором LEGOMINDSTORMSNXT в данном направлении и поможем учителям физики нашей школы собрать картотеку практических работ с подробными инструкциями и программами в среде LEGONXT-G для проведения лабораторного практикума.

Литература:

  1. Ершов М. Г. Робототехника как средство индивидуализации образовательного процесса по физике // Пермский педагогический журнал. — 2014. — № 5. — С. 104–109.
  2. Образовательная робототехника: дайджест актуальных материалов / ГАОУ ДПО «Институт развития образования Свердловской области»; Библиотечно-информационный центр; сост. Т. Г. Попова. — Екатеринбург: ГАОУ ДПО СО «ИРО», 2015. — 70 с
  3. Особенности изучения робототехники в школе // ROBOT.UNI-ALTAI. URL: http://robot.uni-altai.ru/metodichka/publikacii/osobennosti-izucheniya-robototehniki-v-shkole (дата обращения: 30.08.2016).
Основные термины (генерируются автоматически): наклонной плоскости, конструктора lego, «Измерение ускорения тела, LEGO конструктора, черной линии, «Битва роботов», микропроцессор nxt, датчик касания, использования конструктора lego, LEGOMINDSTORMS NXT конструкторы, образовательная робототехника, занятиях конструктора lego, кабинета физики, деталей lego конструктора, сборки установки, LEGO конструкторы, микропроцессорным блоком nxt, кнопку датчика касания, начале эксперимента шарик, конструкторы нового поколения.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос