Робот — помощник на уроках математики



В статье описана разработка действующей модели робота, наглядно демонстрирующей движение тел на уроках математики начальной школы.

Ключевые слова: кинематика, математика, начальная школа, образовательная робототехника, обучение, школьное образование.

Изучение математики в начальной школе обеспечивает овладение учащимися системой знаний, умений и навыков, необходимых в повседневной жизни и достаточных для успешного овладения другими предметами, развивает их мышление, качества личности, интерес к математике и обеспечивает преемственность с основной школой.

Одной из эффективных форм работы на уроках математики является решение задач. Задачи на движение занимают особое место в курсе математики. На основании данных задач учащиеся смогут решать более сложные задачи по алгебре и физике в старших классах.

Начинается работа в начальной школе с обобщения представлений учащихся о движении. Дети знакомятся с новой величиной — скоростью, с взаимосвязями между величинами: скорость, время, расстояние, формулой пути. В результате учащиеся получают представления о новой величине — скорости, которая характеризуется расстоянием, проходимым за единицу времени. Речь идет о механическом движении.

Механическое движение — изменение положения тела относительно других тел с течением времени.

Материальная точка — тело, обладающее массой, размерами которого можно пренебречь в данной задаче.

Траектория — воображаемая линия, вдоль которой двигается материальная точка.

Путь — длина участка траектории, пройденного материальной точкой за данный промежуток времени.

Перемещение — вектор, проведенный из начального положения материальной точки в конечный.

, (1)

Где:

— пройденное расстояние,

— перемещение,

— скорость движения,

— затраченное время [1].

Обучающиеся учатся решать задачи, в которых по скорости и времени находится путь; по пути и времени находится скорость; по пути и скорости находится время (рис.1) [2].

Рис. 1. Задача о нахождении расстояния

В начальной школе учащиеся знакомятся с понятием одновременного движения двух объектов, видами движения, понятиями скорости сближения и удаления. Ученики учатся находить расстояние между точками на числовом луче [3].

Следующий этап — «движение по координатному лучу». По чертежу учащиеся определяют скорость движения, изображают движение на чертеже, записывают зависимость координаты точки от времени ее движения в таблице, учатся описывать движение точки с помощью формулы вначале для одного объекта, затем для двух движущихся объектов (рис.2).

Рис. 2. Задача о нахождении скорости

В ходе решения этих задач у учащихся формируются представления о некоторых средних скоростях (пешехода, велосипедиста, автомобиля, теплохода, самолета), представления о встречном движении и о движении в одном и том же направлении. На этой основе дети должны уметь решать простые и несложные составные задачи, учатся составлять обратные задачи и решать их.

Построенная таким образом работа на уроках ознакомления учащихся со скоростью движения и изучения связи между величинами скорость, время, расстояние с использованием схем, чертежей, занимательных задач и задач развивающего характера повышает интерес у учащихся, способствует осознанному приобретению знаний, умений и навыков, развивает память, речь, мышление.

Наглядность — психический процесс, в результате которого в сознании обучающихся образуются определенные образы исследуемого объекта. Принцип наглядности заключается не только в иллюстрации изучаемого предмета и явления, а в использование целого комплекса приемов и средств, которые обеспечивают формирование ясного и четкого восприятия сообщаемых преподавателем знаний.

В учебном процессе важную роль играют современные технические средства обучения. Главная задача их применения — повысить эффективность обучения и оптимизировать учебный процесс в связи с модернизацией образования [4].

Наглядность — показатель простоты и понятности для данного обучающегося того психического образа, который он создает в результате процессов восприятия, памяти, мышления, представления и воображения [5].

Образовательная робототехника — это новое междисциплинарное направление обучения школьников, интегрирующее знания о физике, технологии, математике, кибернетике и ИКТ, позволяющее вовлечь в процесс инновационного научно-технического творчества учащихся разного возраста. Она направлена на популяризацию научно-технического творчества и увеличения объема знаний в предметной области [6].

Робототехника — универсальный инструмент для образования. Она вписывается и в дополнительное образование, и во внеурочную деятельность, и в преподавание предметов школьной программы. Подходит для всех возрастов — от дошкольников до профобразования. Причем, обучение детей с использованием робототехнического оборудования — это и обучение в процессе игры и техническое творчество одновременно, что способствует воспитанию активных, увлеченных своим делом, детей [7].

Конструктор играет немаловажную роль и в развитии ребёнка. Этот факт доказан многими учеными. По результатам исследований и наблюдений учёные сделали вывод, что собирание конструктора положительно влияет на ребёнка, даже больше, чем рисование и лепка из пластилина. Это связано с тем, что при рисовании и играх с пластилином результат трудов ребёнка не всегда получается успешным. А вот при игре с этим конструктором у детей всегда получается что-то цельное и красивое. Благодаря формам и окраске конструктора, всегда будет получаться что-то похожее на настоящие предметы. Достижение хорошего результата при сборке формирует у детей уверенность в себе и даже лидерские качества.

В начальной школе дети относятся к роботам как к игрушкам, поэтому интерес к занятиям у них очень высок. Необходимо поддерживать этот интерес активной деятельностью, которая приводит к реальным результатам. Робототехника позволяет решать многие проблемы современного образования: отсутствие мотивации у учащихся, реализация знаний на практике, углубление меж предметных знаний и мета предметных навыков.

При конструировании машин нужно заботиться о том, чтобы модели адекватно и информативно описывали технические устройства, были надежными и наглядными. Эти требования, в конечном счете, определяют облик будущей машины (устройства), ее композицию, ремонтопригодность и работоспособность. Таким образом, электронный конструктор — это развивающая и обучающая игра, которая знакомит детей с работой простых электроприборов, самостоятельно собирать настоящих роботов. Помимо увлекательного процесса сборки, ребенок сможет «оживить» свое творение — заставить робота двигаться, танцевать, говорить и т. д.

Конструктор Xiaomi прекрасное решение для развития таких навыков, как мелкая моторика рук, логика, творческое мышление и фантазия. Магнитные крепления деталей помогают эффективнее зафиксировать блоки между собой и при этом уменьшают риск совершения ошибки.

Робот для наглядного изучения законов движения был разработан на основе конструктора Mitu (Bunny) Block Robot. Исходя из набора, методом анализа и подбора, конструкция обретала конечный вид (рис. 3).

Рис. 3. Mitu (Bunny) Block Robot

Роботы имеют материальную оболочку и физически взаимодействуют с окружающим миром, выполняя в нём определённые задачи. Робот — приводной механизм, программируемый по двум и более осям, который имеет некоторую степень автономности, движется внутри своей рабочей среды и выполняет предназначенные ему задачи [8].

Робот предполагает как ручное управление посредством смартфона, так и автоматическое. При автоматическом движении робот-конструктор следует по маршруту, заложенному в программу. Маршрут проходит по помещению.

Механизированный робот-конструктор Mitu (Bunny) Block Robot имеет уникальный графический режим программирования, легко учиться, ведь выбор программ превращается в увлекательную игру, которая таит в себе неисчерпаемое море радости и веселья.

Для движения робота по заданному маршруту, в программу заносят следующие параметры:

— скорость движения;

— время движения;

— скорость поворота;

— направление поворота;

— угол поворота (рис. 4).

Рис. 4. Режим программирования Mitu (Bunny) Block Robot

Для решения конкретной математической задачи вводим следующие значения:

— начальное (1) и конечное положение робота (2);

— участки пути: 40 см, 60 см, 20 см (данные параметры были рассчитаны опытным путем);

— угол поворота — 90 ⁰ (рис. 5).

Рис. 5. Маршрут движения робота

Движение робота на отдельных участках пути можно считать равномерным. Равномерное прямолинейное движение — движение, при котором тело перемещается с постоянной по модулю и направлению скоростью:

= const.

Скорость робота на отдельном участке движения рассчитывалась по формуле (1).

Изменяя параметры движения, можно показать изменение скорости на одном участке пути. Учащиеся смогут определить, что при увеличении скорости робота время движения по траектории сокращается (рис. 6).

Рис. 6. Демонстрация роботом основных понятий движения тела

Уроки с применением наглядного материала вызывают у учащихся интерес, заставляют работать всех. Использование наглядности на практических занятиях превращает их в творческий процесс, позволяет осуществить принципы развивающего обучения, позволяет формировать и развивать познавательную мотивацию школьников к получению новых знаний, помогает создавать условия успешности каждого ученика на уроке, значительно улучшает четкость в организации работы класса или группы учащихся. Качество знаний при этом заметно возрастает.

Современное образование, дает возможность изучения различного вида технологий и способов их работы. Такое обучение, обеспечивает возможность дальнейшей работы с различными технологиями и создает возможность развития научно-технического процесса в целом, что нужно достаточно четко осознать ключевые преимущества метода наглядности и стремиться максимально, использовать именно их. А главное преимущество — повышение качества знаний учащихся.

Литература:

1. Касьянов, В. А. Физика. Базовый уровень. 10 класс: учебник / В. А. Касьянов. — 10-е изд., стереотип. — Москва: Просвещение, 2019. — 304 с.
2. Методика преподавания естествознания в начальных классах: учеб. пособие / В. П. Цюпка. — Белгород: Изд-во БелГУ, 2006. — 172 с.
3. Петерсон Л. Г. Математика. 4 класс. Часть 2. / Л. Г. Петерсон. — М.: Ювента, 2015. — 128с.: ил.
4. Коджаспирова Г. М., Петров К. В. Технические средства обучения и методика их использования. — М.: Академия, 2001. — 256 с.
5. Педагогические технологии: учебное пособие / авт.-сост. Т. П. Сальникова. — Москва: ТЦ Сфера, 2007. — 128 с.
6. 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.
7. Глухов В. С., Дикой А. А., Дикая И. В. Развитие научно-технического творчества детей и молодежи средствами образовательной робототехники: проблемы и перспективы. // Школа и производство. –2017. –№ 7. — С. 45–51.
8. ГОСТ Р ИСО 8373–2014. «Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения».