В статье рассматривается вопрос о раскрытии новых возможностей при проведении кружковых занятий по робототехнике с изучением некоторых разделов математического курса средней школы.
Ключевые слова: робототехника, математика, информатика, внеклассная деятельность, кружковая деятельность, робототехнические системы, межпредметные связи, STEM-технологии, Lego Mindstorms EV3.
В современном образовании Республики Казахстан большое внимание уделяется такой предметной области, как робототехника. Данное направление представляет собой инструмент для развития у учащихся навыков программирования, алгоритмического и творческого мышления. Робототехника также предоставляет возможности для углубления и закрепления знаний не только в своей области, но и в курсе школьной математики.
Математика является наукой о структуре, порядке и отношениях, которая развилась из элементарных методов подсчета, измерения и описания форм объектов [1]. Робототехника же в свою очередь определяется как междисциплинарная область, объединяющая информатику и инженерию. Но как информатика, так и робототехника содержат в основе отдельные элементы математической области.
В настоящем времени процесс обучения робототехнике в рамках внеклассной деятельности базируется на сборке различных моделей роботов и выполнении задач, связанных с программированием. Но зачастую программирование собранных роботов исключает математические задания, которые вполне возможно реализовать в данном направлении.
Робототехника изначально представляет собой науку, технологию и инженерию, но при внедрении математического направления образовательный процесс становится полноценной STEM-технологией, направленной на разностороннее развитие личности в рамках одной дисциплины.
На основе программного обеспечения Lego Mindstorms EV3, используемого в качестве среды программирования, возможно полноценное решение и практическая визуализация математических заданий. Среда программирования предоставляет возможности для создания математических формул, переменных, констант и внесения необходимых данных для вычислений.
Программная среда Lego EV3 имеет блоки, необходимые для математических операций над числовыми, логическими и текстовыми данными [2]. Список данных блоков расположен в красной палитре.
Математические блоки:
- Переменная — ячейка памяти, которая может быть введена в момент написания программы, так и в процессе выполнения. Ячейка имеет возможность записи и считывания.
- Константа — как и в математике, является постоянной величиной. Значение вводится в ячейку памяти в момент создания программы и остается неизменным до завершения выполнения программного кода.
- Массив — представляет собой список ячеек данных, каждая из которых имеет упорядоченный индекс.
- Математика — позволяет производить математические операции над числами: сложение, вычитание, умножение, деление, степень, квадратный корень и абсолютное значение. А также имеет возможность ввода любой произвольной формулы.
- Округление — позволяет производить округление до ближайшего значения. А при дробном числе определяет количество знаков после запятой.
- Сравнение — даёт возможность сравнивать числа по типу «больше», «меньше», «больше или равно», «меньше или равно».
- Случайное значение — данный блок позволяет генерировать случайные числа из выбранного диапазона.
- Интервал — определяет нахождение выбранного число относительно внутреннего или внешнего диапазона.
Посредством данных блоков перед учителем встаёт возможность создания более углубленных и сложных математических заданий для учащихся.
Примером такого подхода является решение заданий по планиметрии. На основе данных датчиков набора EV3 можно определять площади геометрических фигур, градусные меры углов, расстояние между объектами для построения математической модели. Благодаря блокам в среде программирования есть возможность создания формул, а также построение полного алгоритма, по которому происходит решение поставленных перед учащимися задач [3].
Проектирование более сложных моделей роботов, как, например, с использованием вращающихся датчиков на среднем или большом моторе, создаёт условия для решения задач по стереометрии. Примером может послужить определение объема куба, который может быть собран для такого типа задания.
Также имеет место решение задач на определение пройденного расстояния, затраченного времени, скорости движения спроектированных роботов и нахождения средних значений [4].
Исходя из возможностей математических блоков, учитель может создавать задания, основывающиеся на расчёте алгебраических выражений и уравнений, которые также могут дополняться регистрацией данных датчиков набора Lego EV3. Такие методы создания заданий расширяют вариативность использования робототехнических систем при обучении учащихся робототехнике.
Практическая визуализация решения математических задач с использованием роботов имеет влияние на отношение учащихся к изучению математики. Перед учащимися возникают условия, в которых знание математики становится необходимым. В связи с этим возникает потребность в подготовке и углублении математических знаний.
Изучение математических разделов в рамках внеклассной деятельности по робототехнике положительно сказывается на образовательном процессе всего учебного заведения, т. к. уровень подготовки учащихся начинает постепенно подниматься. Происходит межпредметное взаимодействие, при котором учащиеся закрепляют полученные математические знания на уроках робототехники и повышают уровень знаний на уроках математики для решения более сложных робототехнических заданий.
Помимо вышесказанных аспектов, учащиеся овладевают навыками гибокого мышления, методами решения заданий различных типов и широким диапозоном творческих подходов к созданию программных кодов и построению роботетхнических моделей. Такой подход в проведении внеклассных занятий формирует учебную успешность учащихся [5].
Литература:
- Энциклопедия Britannica [Электронный ресурс] — URL: https://www.britannica.com/science/mathematics (актуальная дата: 06.05.2021).
- Шадрин И. В. Учебное пособие по программированию в среде Lego Mindstorms EV3. — Колпашево, 2017. — 20 с.
- Копосов Д. Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5–6 классов. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. — 286 с
- Еременко С. А. Роботы оживят уроки математики // Наша сеть: социальная сеть работников образования 2010–2017 [Электронный ресурс] — URL: https://nsportal.ru/shkola/raznoe/library/2015/11/11/roboty-ozhivyat-uroki-matematiki (актуальная дата: 06.05.2021).
- Папко С. С. Возможности использования робототехники на уроках математики // Международный школьный научный вестник. — 2016. — № 4. — С. 26.
