Жолдасбеков Болат Жолдасбекұлы Әдістемелік құрал



бет5/9
Дата19.09.2023
өлшемі0,56 Mb.
#181474
1   2   3   4   5   6   7   8   9
Байланысты:
Жолдасбеков Б.Физика STEAM

Робот элементі

Физикалық құбылыстар, заң

Физика курсының тақырыбы

Сынып

Магнит өрісінің датчигі

Холл эффектісі

Электродинамика негіздері

11

Қашықтық датчигі

Ультрадыбыстың таралуы және шағылысуы

Механикалық тербелістер мен толқындар

9, 10

Жарықталу датчигі

Фоторезистор

Әр түрлі ортадағы электр тогы

11

Тербелмелі күш датчигі (Ішекті)

Механикалық тербелістер

Механикалық тербелістер және толқындар

9, 10

Пьезок-варцевый күш датчигі

Пьезоэлектрлік әсер

Механикадағы күштер
Әр түрлі ортадағы электр тогы

10

Тензометриялық күш датчигі

Серпімді элементтердің деформациясын электр кедергісінің өзгеруіне түрлендіру.

Әр түрлі ортадағы электр тогы

10

Акустика датчигі

Дыбыстың таралуы

Механикалық тербелістер және толқындар

9, 10

Температура датчигі

Температура өзгерген кезде Терморезистор, электр кедергісінің өзгеруі (жартылай өткізгіш немесе өткізгіш)

Әр түрлі ортадағы электр тогы

10

Термоэлектрлік температура датчигі
(термопара)

Термоэлектрлік эффект.

Электр құбылыстары. Ток көзі

8

Температура датчигі -пирометр

Қыздырылған денелердің сәулеленуі

Электромагнит толқындар

9,11

Температура датчигі пьезоэлектрлік

Пьезорезонатордың тербеліс жиілігінің температураға тәуелділігі

Элективті курста оқытылады

10, 11

Температура датчигі акустикалық

Газдардағы дыбыстың таралу жылдамдығының температураға тәуелділігі

Механикалық тербелістер және толқындар

9

Ток датчигі
Холл эффектіне негізделген

Холл эффектісі

Электродинамика негіздері

11

Кернеу датчигі

Қолданылатын кернеуге пропорционалды кіріс тогын (тұрақты, айнымалы, импульстік және т. б.) электр және өлшеу тізбектері арасындағы гальваникалық айырымы бар пропорционалды Шығыс тогына түрлендіру

Тұрақты ток заңдары. Айнымалы ток.

8, 10

Өткізгіштік датчигі

Сұйықтықтар мен газдардағы иондық өткізгіштік

Әр түрлі ортадағы электр тогы

10

Ультракүлгін сәуле датчигі, инфрақызыл сәуле датчигі

Электромагниттік сәулеленудің әсерінен жартылай өткізгіштің электр өткізгіштігін арттыру(фоторезистивті әсер)

Әр түрлі ортадағы электр тогы

10

1 және 2-кестелер жиынтығында "мектеп физика курсының бөлімдері мен тақырыптарында робототехникалық объектілердің элементтік базасының ғылыми негіздерін зерттеу"әдістемелік кестелер жиынтығын құрайтынын атап өту маңызды. Оның мазмұны робототехника мен оны орта мектепте игеруге арналған оқу жиынтықтарының дамуымен, сондай-ақ мектептегі физика курсының мазмұны мен оның политехникалық компонентін жетілдірумен жүйелі түрде нақтыланып, толықтырылуы керек.


Роботты басқару құрылғыларына микроконтроллерлер, микропроцессорлар, Компьютерлер және қосымша аппараттық құралдар кіреді.
Роботтардың басқару құрылғыларының жұмыс істеу ерекшеліктері информатика курсында қарастырылады. Физика курсында компьютерлік техниканың жекелеген элементтері (конденсатор резисторлары, индукторлар, жартылай өткізгіш элементтер және т.б.) жұмысының ғылыми негіздері, сондай-ақ радио сигналдарды қабылдау, күшейту және беру процестерінің ғылыми негіздері зерттеледі.
Әр түрлі тілдер мен бағдарламалау орталарын қолдана отырып, атқарушы құрылғыларды басқарудың компьютерлік бағдарламалары жасалады. Басқару бағдарламалары робототехникалық жүйенің барлық түйіндерінің үйлесімді жұмысын қамтамасыз етеді. 3-кестеде әртүрлі мектеп робототехникалық жиынтықтары негізінде жасалған роботтарды бағдарламалаудың негізгі жүйелері көрсетілген.


Кесте 3. Білім беру робототехникасындағы бағдарламалау жүйелері



Білім беру жиынтықтары








































Lego WeDo

+
















+



















Lego RCX




+







+

























Lego NXT




+

+

+

+

+

+



















Lego EV3










+

+

+






















Hunа





































+

Arduino













+




+










+







Matrix







+

+




























Vex/ Технолаб













+










+













Trik






















+


















Бұл зерттеу роботты күрделі кибернетикалық және техникалық объект ретінде зерттеуге деңгейлік жорық жасады. Деңгейлер қатынасы суретте көрсетілген. 3.
Роботты жобалау кезінде бірінші, екінші және үшінші деңгейлер оның болашақ дизайнының дайын түйіндерін таңдауға және біріктіруге байланысты жалпы жобалық шешімдерді қабылдауға сәйкес келеді. Төртінші деңгей робототехникалық жүйенің жұмыс істеуінің ғылыми негіздерін және осы жұмыстың алгоритмдерін түсінумен байланысты. Бұл роботтың "жұқа" элементтік құрылымы, оның таңдауы мен сапасы роботтың қажетті функцияларды орындау дәлдігі мен тиімділігіне байланысты. Бұл деңгейде инженер-конструктор, инженер-технолог және инженер-бағдарламашы роботтардың элементтік базасын өзгерте алады, соның ішінде оның жаңа құрамдастарын жасай алады.

Робот құрылымын қарастыру деңгейлері (М.Г.Ершов)


Робототехникалық модельдеудің "тереңдігіне" ену студенттердің осы әрекетке дайындық деңгейімен ғана емес, сонымен бірге олар қолданатын робототехникалық дизайн жиынтығының сапасымен де анықталады. Атап айтқанда, Lego MINDSTORMS жиынтығы оқушылардың жұмысына негізінен 1-2 деңгейде, ішінара үшінші деңгейде бағытталған. Бірақ, мысалы, ашық архитектурасы бар "Амперка" конструкторы студенттерге төрт деңгейде жұмыс істеуге мүмкіндік береді.
Негізгі курстың тақырыптарын зерттей отырып, робототехниканың физикалық негіздерімен танысу студенттерге робототехниканың элементтік базасын роботтардың әртүрлі конструкцияларын жобалау кезінде саналы және нәтижелі пайдалануға және олардың жетілдірілген модельдерін, соның ішінде осы модельдерде өзіндік даму элементтерін қолдана отырып жасауға мүмкіндік береді. Біз оқудың төрт деңгейін бөлдік, бірақ "робот" жүйесінің жеке элементтері ұзағырақ "сызғышқа" ие болуы мүмкін. Элементтік базаның "сызықтарының" тармақталған тізбегі роботтың өзіндік "тамыр" жүйесін құрайды және оның барлық функционалдығын қамтамасыз етеді. Бұл жүйенің ғылыми негіздері физика сабақтарында оқу пәні болып табылады.
Робот жүйелерін жобалау және жобалау деңгейлерін, оның элементтік базасының физикалық негіздерін зерттеу студенттерге әртүрлі роботтарды құрумен байланысты мәселелерді сәтті шешуге мүмкіндік береді.
Физика сабақтарында ғылымның техникалық қосымшаларын қосымша ретінде немесе балама дидактикалық алмастыру принципіне сүйене отырып, роботтардың түрлерін зерттеуге болады, олардың әрекеті физикалық құбылыстар мен тиісті оқу тақырыптарының заңдылықтарына негізделген. Бұл мүмкіндік барлық дерлік оқу тақырыптарында мұғалімге беріледі. Ауыстыру объектілері: 1) қоғам өмірінің әртүрлі салаларында қолданылатын техникалық объектілер; 2) оқу физикалық экспериментінің роботтандырылған қондырғылары болуы мүмкін. Бұл нысандарды зерттеуді көптеген жолдармен ұйымдастыруға болады.
Бірінші әдіс (демонстрациялы). Бұл әдісті қолданған кезде студенттер алдымен робототехникалық құрылымның құрылымын түсіндіреді және оның элементтік базасының жұмысының физикалық негіздерін ашады.
Кейіннен роботтың қазіргі моделі көрсетіледі. Осылайша, мысалы, су астындағы зерттеулерге арналған роботтарды зерттеуге болады. Олардың негізгі түйіндерінің жұмыс принципі студенттерді түсінуге өте қол жетімді. Физикалық экспериментке арналған роботты қондырғыларды көрсетуге болады, мысалы, серіппелі маятниктің тербелістерінің заңдылықтарын, резонанс құбылыстарын, құрғақ үйкеліс заңдылықтарын және т.б.). Робот-эксперимент жүргізу кезінде мұғалім осы эксперименттік қондырғылардың элементтік базасының жұмысының физикалық негіздерін міндетті түрде түсіндіреді.
Екінші әдіс (жоба). Осы әдіс негізінде оқу жұмысын ұйымдастырған кезде мұғалім студенттерге өз бетінше жұмыс істеуге тапсырма ұсынады. Студенттер дизайн идеясын ұсынып, белгілі бір функционалдылыққа ие нақты роботтың моделін құрастыруы керек. Мысалы, бұл ядролық реактор моделі болуы мүмкін. Бұл модель реактор құрылғысының кейбір элементтерін, сондай-ақ оның энергия блогындағы жылу беру процестерін көрсетуі керек. 2.3 т. - сур. 12-14 осы модельдің нұсқаларын ұсынады. Оқушылар физика курсының оқу тақырыбын оны тереңірек зерттеу құралы ретінде меңгергеннен кейін тапсырмаларды орындай алады. Тақырып материалын өздігінен игеру үшін тапсырманы ұсынуға болады. Жобалық тапсырмаларды оқушыларға үй тапсырмасы ретінде ұсынуға болады, егер олардың робототехникалық конструкциялары бар болса. Мұғалім мұндай тапсырмаларды технологиялық сабақтарда немесе физика мен технология бойынша сабақтан тыс уақытта ұйымдастыра алады. Жобалармен жұмыс робототехника бойынша элективті курстар аясында мүмкін болады. Оқушылардың осындай жобалық жұмысының нәтижелері физика сабақтарында көрсетілуі және талқылануы керек.
Физика пәніндегі оқу процесінде роботтарды таным объектілері ретінде қолдануды талдауды қорытындылай келе, осы қызметтің тиімділік шарттарын атап өткен жөн.

  1. Робототехникалық модельдеу және құрастыру процесінің пәнаралық сипатын түсіну

негізінде робототехниканың ғылыми негіздерін зерттеу. Осыған байланысты технология, физика, математика және информатика сияқты пәндер ерекше орын алады. Оқушыларға арнайы білім салалары мен қызмет салаларына қатысты роботтарды зерттеу және жобалау кезінде басқа пәндерді білу қажет болуы мүмкін.

  1. Робототехникалық жүйелерді зерттеу объектісі ретінде игерудің деңгейлік сипаты

(суретті қараңыз. 3). Робототехниканы меңгерудің тереңдетілген деңгейіне бейінді сыныптарда, сондай-ақ негізгі мектепте таңдау бойынша курстар және орта мектепте элективті курстар шеңберінде роботқұрылысудың негіздерін оқу кезінде қол жеткізуге болады.

  1. Негізгі және жоғары мектепте робототехниканың ғылыми негіздерін игеруде, сондай-ақ

физиканың негізгі оқу курсында, элективті курстарда және пән бойынша сабақтан тыс іс-әрекеттерде сабақтастықты қамтамасыз ету.

  1. Робототехника бойынша конкурстық және жарыстық қозғалыстарды дамытуға оқу пәнінің

құралдарымен жәрдемдесу. Оқушылардың дайындалған шығармашылық жобалары бар конкурстық қозғалыстағы бәсекелік әсері мен жетістіктері оқушылардың әртүрлі пәндер бойынша танымдық іс-әрекетін, оның ішінде физика техникалық Қосымшаларының ғылыми негіздерін үйренудегі ынтасын дамытуға айтарлықтай ынталандырады.
Сонымен, осы параграфта физика бойынша оқу процесіне робототехниканы енгізу әдістемесінің бір бағыты қарастырылған (Робот зерттеу нысаны ретінде). Осы мақсатта роботтардың элементтік базасының құрылымы қарастырылады, атқарушы құрылғыларға, кері байланыс құрылғыларына және басқару құрылғыларына сипаттама беріледі. Мектеп физика курсының бөлімдері мен тақырыптарында робототехникалық объектілердің элементтік базасының ғылыми негіздерін зерделеу бойынша ақпараттық-әдістемелік кестелер құрылды. Роботтардың элементтік базасын игеру деңгейлері бөлініп, физика курсында таным объектісі ретінде робототехниканы қолдану шарттары тұжырымдалды.
Жақын арада ғылым мен мәдениет саласы, әлеуметтік қызмет көрсету саласы мен тұрмысымыз робототехникамен толығады. Бұл адамға жақын жерде және алыс қашықтықта көмек көрсетуге, тауарлар мен қызметтерді өндіруді және жеткізуді қамтамасыз етуге арналған әртүрлі және жоғары технологиялық құрылғылар болады. РТ-құрылғылар бір-бірімен, соның ішінде желілік сымсыз нұсқада өзара әрекеттесетін болады.
Роботтардың әртүрлілігі олардың қоғам өмірінің әртүрлі салаларында, соның ішінде білім саласында сұранысқа ие болуымен анықталады. Таным құралдары ретінде Роботтар ғылыми және ғылыми-техникалық зерттеулерде өте белсенді қолданылады. Ғылыми танымда Роботтар тәжірибе жүргізу кезінде қолданылады. Ғылыми-техникалық зерттеуде олар басқа техникалық объектілерді зерттеу мақсатында қолданылады (жағдайды анықтау, диагностикалау және т.б.). Ғылыми-техникалық зерттеу түбегейлі жаңа роботтарды құру немесе бар роботтарды жаңарту, сондай-ақ олардың жұмыс істеуінің тиімді режимдерін іздеу мақсатында жүргізілуі мүмкін.
Сонымен, робототехника таным құралы ретінде пән бойынша оқу процесінде ұсынылуы мүмкін:
1)роботтандырылған физикалық эксперимент немесе байқау (ғылыми танымның қазіргі заманғы әдіснамасын іске асыру) арқылы жүзеге асырылады.;
2) техниканың басқа объектілерін зерттеу/зерттеу құралы ретінде РТ-құрылғыны қолданумен, сондай-ақ берілген мақсаттағы РТ-объектілерді виртуалды және заттай модельдеумен (робот жасау саласындағы ғылыми-техникалық таным әдіснамасын іске асырумен) қамтамасыз етіледі.
Физика бойынша оқу процесінде білім беру робототехникасын таным құралы ретінде қолдану біздің жұмыстарымызда егжей-тегжейлі қарастырылған. Физика мұғалімі жұмысының осы бағытының негізгі компоненттерін қарастырыңыз.

Ғылыми таным жүйесінде техникалық білімдер мен техника объектілері, әдетте, тәжірибелер (бақылаулар, эксперименттер) қою мақсатында пайдаланылады. Робототехника технологияларын қолдану арқылы жүзеге асырылатын нақты тәжірибені роботтандырылған деп анықтауға болады. Бұл түрдің бақылаулары мен эксперименттері қазірдің өзінде ғылыми білімнің көптеген салаларында қолданылады (микромирді зерттеу, археология, су астындағы зерттеулер, адам ағзаларының ішкі құрылымын зерттеу, заттардың молекулалық құрылымын, соның ішінде наносуретте талдау, жақын және алыс ғарыштағы құбылыстар мен процестерді зерттеу және т.б.). Ғылыми эксперименттерді роботтандыру қажеттілігі роботтың техникалық объект ретіндегі негізгі функцияларымен анықталады. Робот адамды қауіпті және тым ауыр эксперименттік жұмыстарда алмастыра алады, қойылған міндеттерді тиімдірек шеше алады және ақырында адам жасағысы келмейтін жұмысты орындай алады, Робот әлі қол жетімді емес күрделі зияткерлік мәселелерді шешуге уақыт бөледі. Роботтандырылған эксперимент немесе бақылау жүргізу процесін неғұрлым сапалы іске асырумен, деректерді тіркеудің кең спектрімен және жоғары дәлдігімен, оларды автоматты түрде жинақтаумен, өңдеумен, толық және қатесіз формальды-логикалық талдаумен, тәжірибе барысын және оның нәтижелерін визуализациялаумен ерекшеленеді.


Орта мектеп оқушылары ғылыми таным әдіснамасын игере отырып, дәстүрлі, компьютерлендірілген, ал қазір роботтандырылған эксперименттерді қоюдағы қарапайым дағдыларды меңгеруі тиіс екендігіне күмән жоқ. Орта мектеп физикасы курсы және білім беру робототехникасы бойынша жабдықтар оларға осындай мүмкіндік береді.
Көктемгі маятниктің тербеліс заңдылықтарын зерттеу үшін роботты эксперимент жасаудың мысалын қарастырайық. Сурет 4-те LEGO Mindstorms EV3 робо-техникалық жиынтығы негізінде жиналған осы экспериментке арналған қондырғы ұсынылған. Эксперимент роботтың кибернетикалық моделінің барлық жүйелерін толық көлемде жүзеге асырды. Бұл Басқару, орындау және деректерді жинау жүйелері. Робот кері байланыс схемасы бойынша жұмыс істейді. Басқару жүйесі берілген бағдарлама бойынша орындау жүйесі үшін командалар қалыптастырады, ал деректерді жинау жүйесі басқару жүйесімен кері байланысты қамтамасыз етеді, оны сыртқы ортаның жай-күйі мен командаларды орындау нәтижелері туралы "хабардар етеді".



Серіппелі маятниктің тербеліс заңдылықтарын зерттеуге арналған қондырғы


Бұл экспериментте Автоматты деңгейде жүзеге асырылады: орнату элементтерімен физикалық манипуляциялар, деректерді жинау және өңдеу, сондай-ақ оларды микропроцессор мен компьютердің экранына шығару. Механизмдер жүйелі түрде іске қосылады: жүйені тепе-теңдік күйінен шығару және еркін тербелістерді "өшіру", маятниктің массасын суспензиядағы жүктер санының көбеюіне байланысты өзгерту, серіппенің қаттылығын өзгерту, бұл ұстағыштағы бұралу арқылы оның жұмыс бөлігінің ұзындығын азайту арқылы қол жеткізіледі.
Эксперимент барысында екі бағдарлама дәйекті түрде іске қосылады: 1) серіппелі маятниктің тербеліс кезеңінің оның массасына тәуелділігін зерттеу; 2) серіппелі маятниктің тербеліс кезеңінің серіппенің қаттылығына тәуелділігін зерттеу. Басқару бағдарламасында массалар мен қаттылық коэффициенттерінің мәндері, сынақтар саны, эксперимент нәтижелерін өңдеуге арналған математикалық формулалар берілген. Тербеліс кезеңі датчиктен тербелмелі маятникке дейінгі қашықтықтың уақытқа тәуелділік графигі бойынша бағаланады. Графиктер компьютер экранында көрсетіледі.
Роботты эксперимент бір минуттан аспайды. Жүйенің сенсорлары экспериментті берілген режимде бақылайды. Оны бірнеше рет қайталауға болады, оның ішінде бастапқы деректердің өзгеруі жағдайында. Осындай эксперименттің нәтижелері бойынша студенттер серіппелі маятниктің тербелмелі қозғалысының заңдылықтары туралы қорытынды жасай алады.



Датчиктен тербелмелі маятникке дейінгі қашықтықтың уақытқа тәуелділік графигі


Роботты эксперименттің Білім құралы ретіндегі артықшылықтарын атап өтеміз. Мұндай эксперимент кезінде деректерді жинаудың сенсорлы жүйелерін қолдану арқылы өлшеу сапасы едәуір артады. Зерттеу объектісіне автоматты түрде әсер ету мүмкіндігі пайда болады. Орнатылған әсер ету параметрлерінің дәлдігі артады және осы параметрлерді автоматты түрде реттеуге болады. Роботталған жүйенің сыртқы әсерге реакция уақыты бақыланады. Эксперименттік Робот әртүрлі параметрлер бойынша өз жүйелерінің күйін автоматты түрде "басқара" және "реттей" алады. Мысалы, оқу роботының электр қозғалтқышының білігінің айналу дәлдігі тек бір градус, бұл зерттелетін объектінің айналу біркелкілігін, жүйенің кез-келген механикалық бөлігінің аудармалы қозғалысының біркелкілігін, тербелістердің қатаң жиілігін және т. б. қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Роботты эксперимент жағдайында жүйенің өзі қажетті жұмыс режиміне бейімделе алады: мысалы, резонанстық жиіліктерді "айналып өту", зерттелетін объектілердің температурасын реттеу, ыдыстағы газ қысымын ұстап тұру, бетінің жарықтандыру деңгейін немесе оның түсінің өзгеруін" бақылау", электр тізбегінің параметрлерінің мәндерін реттеу және т. б. роботты қондырғының аппараттық құралында электрониканың болуы. микропроцессордың жылдамдығымен үйлескенде жүйенің әртүрлі әсерлерге реакциясының қажетті жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік береді.Сенсорлардан деректерді жинау және оларды микрокомпьютердің жадына жазу ғана емес, сонымен қатар бұл деректерді USB кабелі, Wi-Fi немесе Bluetooth арқылы жедел өңдеу үшін қашықтағы компьютерге беру мүмкін. Айта кету керек, "Nxt 2.1 Data Logging" бағдарламасы, сондай-ақ MINDSTORMS® Education EV3 бағдарламасының ұқсас "Эксперимент" модулі эксперимент деректерін компьютерлік өңдеуге арналған бірқатар құралдарға ие. Бұл құралдарды қолдану графиктің таңдалған нүктесі үшін сандық деректерді көрсетуге, графиктің белгілі бір диапазонында физикалық шаманың минималды, максималды және орташа мәндерін белгілеуге, графиктің түсін өзгертуге, бір координаталық жазықтықта бірнеше графиктерді көрсетуге, олардың сызықтық жуықтауын орындауға және т. б. мүмкіндік береді. Экспериментті қайта ойнату мүмкіндігі маңызды.
Сонымен, робототехниканы физика бойынша оқу процесіне таным құралы ретінде енгізу әдістемесінің бірінші құрамдас бөлігі: пән бойынша сабақтарда роботтандырылған эксперименттерді – бақылаулар мен эксперименттерді (демонстрациялық, зертханалық) қолданумен; осы негізде оқу-зерттеу дағдыларын жетілдірумен, сондай-ақ осындай эксперименттерді қоюға байланысты нақты техникалық мәселелерді шешудегі практикалық дағдылармен байланысты.
Шетелдік зерттеушілер жасаған білім беру жүйесінде робототехниканы қолдану ерекшеліктерін зерттеудің маңызды нәтижелерін қарастырамыз. Әлемдік білім беру практикасында робототехника оқушылардың оқу және Жобалық іс-әрекеті саласы ретінде шамамен 15 жыл бойы қолданылып келеді. Ғылымды, технологияны, инженерлік істі, математиканы (Science Technology Engineering Mathematics = STEM) біріктіретін робототехникаға деген қызығушылық үздіксіз артып келеді. Көптеген жетекші елдерде STEM-білім беруді, оның ішінде STEM-робототехниканы дамыту бойынша ұлттық бағдарламалар іске асырылуда (жарыстық ТР-мен қатар). Жоғары технологиялар саласындағы танымал компаниялар, өндірістік және ғылыми ұйымдар білім беру IT-жобаларын әзірлеумен және ілгерілетумен айналысады. Бірқатар фирмалар (LEGO, DFPobot, UCR, INEX және т.б.) бағдарламаланатын микроконтроллерлер мен Микропроцессорлар негізінде білім беру Робот-конструкторларын шығарады, қарапайым роботтарды құрастыру үшін ғана емес, сонымен қатар оқушылар мен студенттердің өте күрделі зерттеу қызметін ұйымдастыру үшін де пайдалануға болатын мамандандырылған бағдарламалық қамтамасыз етуді әзірлейді.
Шетелде мектепте білім беруде робототехникалық дизайнерлерді қолдану тәжірибесін талқылау отандық педагогика ғылымына қарағанда біршама ертерек басталды. Көптеген жарияланымдар бүгінде білім беру нарығында ұсынылған LEGO Mindstorms (LEGO Mindstorms RCX, LEGO Mindstorms NXT, LEGO Mindstorms EV3) қатарына жатады. Конструкторлардың әрбір жаңа буынын шығару анықтамалық және әдістемелік құралдарды шығарумен сүйемелденеді. Айта кету керек, соңғы жылдардағы құралдар [192; 193; 198 және т. б.] роботтарды жобалау және бағдарламалау техникасының мәселелерін ғана емес, сонымен қатар олардың дизайнының жекелеген элементтерінің жұмыс істеу принциптерін де қарастырады, LEGO Mindstorms дизайнерлерін қолдана отырып, әртүрлі табиғи құбылыстардың өту заңдылықтарын зерттеуге бағытталған оқу жобаларының мысалдары келтірілген.
LEGO Mindstorms жабдығын қолдану тәжірибесі кеңейген сайын, робототехника білім беру стандарттарына ене бастады. Мысалы, АҚШ-тың Вирджиния штатының білім беру стандартындағы тақырыптар мен зерттелген жабдықтардың тізіміне [199, 24-бет] LEGO сенсорларымен, сервомоторларымен және қозғалтқыштарымен танысу, Әртүрлі механизмдерді зерттеу әдістерін зерттеу кіреді. Оқушылардың робототехника жарыстарына қатысуы міндетті болып табылады. Шетелдік әріптестермен РТ-ны оқу процесінде қолдануға байланысты арнайы зерттеулер жүргізілуде.
Робот техникасы бойынша әдістемелік әдебиеттің отандық нарығындағы соңғы жылдардағы аударма басылымдарының ішінен 2009 жылы шыққан "Vernier және LEGO Mindstorms NХТ физикалық зерттеулері: Vernier датчиктерін пайдалана отырып, ғылым мен технологиялар, жобалау және математика бойынша зертханалық сабақтар" құралы белгілі [165]. Кітапта физика курсының кейбір тақырыптары бойынша зертханалық жұмыстар ұсынылған:" күштер"," қысым"," электр","Магнетизм". Осы жұмыстарда NХТ микропроцессорының бағдарламалық жасақтамасымен бірге қолданылатын Vernier датчиктері өте дәл өлшеулер жүргізуге, эксперименттің мониторингін жүргізуге, оқушыларды аспаптардың көрсеткіштерін бақылау және қадағалау бойынша қажырлы еңбектен босатуға мүмкіндік береді, сондай-ақ оларға кейіннен алынған деректерді графиктер түрінде визуализациялауға және оларды талдауға мүмкіндік береді. Айта кету керек, эксперименттік қондырғымен барлық манипуляцияларды студенттер қолмен жасайды. Дәстүрлі түрде деректер кестелерге жазылады. Оқу құралында зертханалық жұмыстардан басқа, белгілі физикалық құбылыстар негізінде жұмыс істейтін қарапайым техникалық құрылғыларды (магнит іздегіш, миноискатель, жарық көзін бақылау құрылғысы, аккумулятор батареясын диагностикалау) жасауда робототехниканы қолдану бойынша жобалардың мысалдары келтірілген..
Физика пәнін оқытуда ТТ қолдану тұрғысынан "Physics with" оқу құралы қызығушылық тудырады Robotics.An 2009 жылғы мәліметтер бойынша тұрғындарының саны 114 адамды құрады. LEGO-робототехника бұл жұмыста пропедевтика және оқушылардың осы пән бойынша білімдерін бекіту мақсатында физиканы зерттеу технологиясы ретінде қарастырылады. Нұсқаулықта LEGO Mindstorms NXT конструкторы негізінде физика бойынша 20-дан астам жоба ұсынылған. Осы оқулыққа қосымша ретінде сайт құрылды, онда оқулықтың электронды нұсқасы және жобаларға арналған басқару бағдарламалары ұсынылды [сол жерде]. Осы авторлар тобы кейінгі жылдары LEGO-робототехника бойынша әдістемелік ұсынымдар дайындау бойынша жұмысты жалғастырды. Олардың "physics With Robotics Using LEGO® MINDSTORMS® in High School Education" [190] бірлескен жұмысында робототехникалық жабдықты пайдалану кезінде материалды зерттеудің белсенді нысандарын пайдалану мүмкіндігі бағытындағы ғылыми идеяларға шолу жасалды.. Квази-ғылыми зерттеу әдісінің дидактикалық құндылығы атап өтіледі, өйткені бұл жағдайда жаңа материалды игеру мектеп оқушыларының ғылыми проблемаға тап болу, гипотезалар жасау, роботтың авторлық моделін құру және нәтиже алу мүмкіндігі арқылы жүзеге асырылады. Авторлар орта мектепте физика курсында LEGO Mindstorms NXT-ті қолдануға байланысты студенттерге бірнеше жобаларды ұсынады. Мақалада келесі эксперименттік жобалардың идеялары мен мақсаттары сипатталған: біркелкі жеделдетілген қозғалыс, гармоникалық тербелістер, дыбысты зерттеу. Авторлар пәндік оқытуда робототехникалық құрылғыларды жобалау бойынша оқушылардың іс-әрекетін ұйымдастыру және оқу курстарын оқытудың осы практикасын тарату ғылыми (квази-ғылыми) зерттеулер мен инженерлік жобалауды біріктіру, сондай-ақ білім алушылардың коммуникативтік және жеке нәтижелерге қол жеткізуі үшін негіз болып табылатынын атап өтті.
LEGO Mindstorms робототехникалық жиынтықтарын, сондай-ақ Vernier датчиктерін инженерлік дайындық пен STEM-білім беруде қолдану мәселелері "LEGO MINDSTORMS NXT: 10 lessons for the Classroom" (Cole John, Amanda Terrell and Alicia Green) жұмысында талқылануда [191]. Авторлар гироскоп пен акселерометрмен физикалық эксперименттер сериясының сипаттамасын берді. Он эксперимент ұсынылған, оның барысында студенттер сенсорлар адам ағзасына бекітілген кезде ойын жағдайларында әртүрлі қозғалыстарды диагностикалауда, оның қарапайым түрлерінен бастап күрделі қозғалыстарға дейін жұмыс принциптері мен сенсорларды қолдану ерекшеліктерімен танысады.
2014 жылы Еуропадағы ең ірі FRAUNHOFER ғылыми-зерттеу ұйымының LEGO Mindstorms Education EV3 көмегімен "физикалық эксперименттер" тапсырмалар жинағын әзірлеу жөніндегі төрт жылдық жұмысы аяқталды. "LEGO Education" ресми сайтында осы өнімнің қысқаша сипаттамасы берілген [70]. Жинаққа энергияны өндіру және тұтыну, жылу беруді зерттеу, қайнау және балқу нүктелерін анықтау, қозғалыс күштері мен параметрлерін анықтау бойынша 14 жоба, сондай-ақ LEGO Mindstorms роботтары арқылы жүзеге асырылатын оптика жобалары кіреді. Жинақты сынақтан өткізу бойынша эксперименттік жұмыс Еуропа мектептерінің едәуір бөлігін қамтыды және авторлардың пікірінше, үлкен жетістік болды. Осы өнім тұжырымдамасының негізінде, оны әзірлеушілердің бірі М. Коррердің (M. Korherr) айтуынша, математика, информатика, Жаратылыстану ғылымдары мен техника (MINT)мазмұнын интеграциялау принципі жатыр. Мектептегі білім беру жүйесінде білім беру робототехникасын қолдану теориясы мен практикасын талдау мынадай қорытынды жасауға мүмкіндік береді.
1. Ресейдегі және шетелдегі педагогикалық қоғамдастықта жалпы робототехника саласында оқушыларды дайындаудың маңыздылығын түсіну. Берілді ОЖ қажеттілігінің әлеуметтік - экономикалық және педагогикалық негіздемелері оқушылардың робот жасау бойынша білім кешенін игеруі, оларды ұйымдастыру-бототехникалық шығармашылық және олардың практикалық дайындығы осы салада әртүрлі техникалық жобаларды жүзеге асыру.
2. Білім беру робототехникасы әділ қарастырылады "… мектеп оқушыларын оқытудың жаңа пәнаралық бағыты физика, мехатроника, технология, математика, кибернетика және инновациялық ғылыми-техникалық процеске тартуға мүмкіндік беретінәр түрлі жастағы оқушылардың шығармашылығы". Оның мақсаты байланысады " бойынша ... ғылыми-техникалық шығармашылықты пуляризациялау және инженің беделін арттыру инженерлік-техникалық міндеттерді практикалық шешу дағдыларын дамыту және техника" (Ресей білім беру робототехникасы қауымдастығы: http://raor.ru/about/). Білім беру робототехникасы қарастырылуы мүмкін ғана емес, бағыттарының бірі ретінде оқушылардың білім, бірақ және дербес оқу жоспарына енгізілуі мүмкін оқу пәні жалпы білім беретін мектеп. Бұл Кәсіби жаңа бағыт пән мұғалімінің қызметі (әзірге сабақтан тыс уақытта жүзеге асырылады және ғылыми-әдістемелік білімнің жаңа саласы.
Білім беру робототехникасына оқушылардың инженерлік ойлауын қалыптастыру, олардың техникалық шығармашылыққа деген қызығушылығын дамыту, инженерлік мамандықтар мен жұмысшы мамандықтарды таңдауға бағдарлау құралы ретінде қарау бүгінде өте кең таралған. Алайда, осы көзқарастар негізінде робототехниканы қосымша білім беру жүйесінде қолдану тәжірибесі басым дамуда. Бұл бағыт ғылыми-көпшілік және оқу құралдарын дайындау, қосымша білім беру мұғалімдеріне арналған әдістемелік әзірлемелерді жариялау арқылы қолдау табады.
3. Робототехниканы пәнге қолдану бағыттары, әдістері мен тәсілдері орта мектепте оқыту әлі толық дамымаған. Бұл жаңа білім мен тәжірибені біріктіретін политехникалық оқыту бағыты бірқатар мектеп пәндерін беру. Оның дамуында мыналар болуы керек қазіргі заманғы жаңа объект ретінде робототехникалық құрылғылардың ерекшелігі ескерілді техникалық Орта, әр пәннің оны игерудегі мүмкіндіктері, әр түрлі деңгейлер мен профильдердің білім беру мазмұнының ерекшеліктері.
4. Оқу және әдістемелік құралдар әзірлеу оқу процесінде РТ-ны өзгерту әлі де шектеулі. Олардың ұстау негізінен информатика курстарымен байланысты. Көрермен физиканы оқытуда робототехниканы қолдануға арналған мақалалар, Оқу құралдары) бүгінде жеке болып табылады. Бірнеше үлкен бұл шараға робо бойынша элективті курстардың бағдарламаларын дайындауға көңіл бөлінеді тотехнике. Әдетте, бұл элективті курстар ілеспе ретінде ұйымдастырылады-информатика және технология базалық курстарын.

  1. Физика пәнін оқытуда робототехниканы қолдану тәжірибесі (отандық білім беру жүйесінде де, шетелде де) негізінен оқушылардың физика-техникалық бағыттағы жобаларды орындауымен, робототехника конструкциялары бойынша жиынтықтарды қолдана отырып, физикалық эксперименттерді сирек қоюмен ұсынылған. Әдістемелік әдебиеттерде және робототехника бойынша білім беру сайттарында роботтарды жобалау бойынша білім беру жиынтығының әртүрлі элементтерін қолдана отырып, кейбір жобалардың, сондай-ақ жеке физикалық эксперименттердің мысалдары келтірілген.

  2. Робототехниканы мектептің білім беру кеңістігіне енгізу мәселесін шешуге байланысты диссертациялық зерттеулер әлі бастапқы сатысында тұр. Осы зерттеулер авторларының жарияланымдарында негізінен орта мектептің білім беру процесінде робототехниканы қолданудың нақты тәжірибесі қамтылған. Соңғы уақытта робототехниканы пәндік оқытуда және оқушылармен сабақтан тыс жұмыста қолданудың жалпы педагогикалық және әдістемелік мәселелері көтерілетін жұмыстар пайда болды.

  3. Шетелдік авторлардың зерттеулері қазіргі уақытта олардың алға жылжу ауқымы мен қарқыны бойынша отандық әзірлемелерден алда келеді. Оқу және әдістемелік материалдарды дайындау университеттер жанындағы ірі ғылыми-зерттеу орталықтарында жүргізіледі. Шетелдік зерттеулердегі Робототехника, әдетте, Білім берудегі кең бағыттың құрамдас бөлігі ретінде қарастырылады – STEM-білім беру.

  4. Робототехниканың мазмұны, әдістемесі және қолдану технологиялары орта мектепте оқытудың политехникалық бағытын іске асыру жүйелі және мақсатты зерттеулердің тақырыбы болуы керек отандық педагогика ғылымында. Тиімді ре табу маңызды ТТ қолдану тек оқушылармен сабақтан тыс жұмыста ғана емес, сонымен қатар және оқу үрдісінде. Робототехниканың мультидисциплинарлығына байланысты техникалық білім саласы ретінде каж мүмкіндіктерін ашу қажет шарт оқу пәнінің, оны игеруге оқушылардың.

Робототехниканың негіздерін техникалық инноватиканың бағыты ретінде зерделеу негізгі оқу курстарының (физика, информатика, математика, технология және т.б.) бағдарламаларына ендірілуі, негізгі және жоғары мектептердегі таңдау бойынша курстардың мазмұнына, сондай-ақ факультативтік курстардың бағдарламаларына және оқушылармен сабақтан тыс жұмыстарға енгізілуі тиіс. Әр орта мектепте оның профилін ескере отырып, оқушылардың политехникалық дайындығының мазмұнына РТ енгізудің кешенді бағдарламасы жасалып, орындалуы керек. Мұндай бағдарламаның мақсаты: мектеп түлектерінде жақын болашақтың роботтандырылған техно ортасында олардың тиімді өмір сүруі үшін техникалық мәдениеттің қажетті деңгейін қалыптастыру.
Сонымен, осы бөлімде робототехниканы оқу процесінде, оның ішінде физика пәнін оқытуда қолдану мәселесі бойынша отандық және шетелдік зерттеулерге шолу берілген. Орта мектептің білім беру кеңістігіне робототехниканы енгізу ерекшеліктері қарастырылған. Білім беру робототехникасын пәндік оқытуға, соның ішінде физика пәніне енгізу мәселесін шешудің жай-күйіне қатысты тұжырымдар тұжырымдалған.
Мектеп қабырғасындағы физика тақырыптарын зерттеу жұмыстар жасау арқылы оқуға үлкен ықпалы береді. Мысалы, үйкеліс күшін оқу үшін оқушыларға зерттеушінің рөлін келесі мәселені шешу арқылы ұсынамы.


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9




©engime.org 2023
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет