Kazanobr.ru | Электронный научно-методический журнал | Выпуск №39

Формирование инженерного мышления на уроках технологии

Сапарова Ксения Игоревна,
заместитель директора
МБОУ «Лицей №35 – образовательный центр «Галактика» г.Казани
e-mail: ksusha177@bk.ru

В современном мире, где наука и технологии представляют собой мощный симбиоз, социальный заказ на специалистов инженерной отрасли растет с каждым годом. В системе инженерной школы для подготовки кадрового потенциала отрасли мощным инструментом подготовки служат уроки технологии, позволяющие обучающимся на практике овладеть инженерными компетенциями. Педагогические средства, подобранные учителем для овладения соответствующими навыками, помогут обучающимся сформировать не только инженерные компетенции, но и стать функционально более грамотными, что имеет первоочередное значение в современном изменяющемся мире и позволит органично подстраиваться под новые достижения науки и технологии.

Уроки технологии позволяют достичь следующих результатов, необходимых специалистам инженерной отрасли:

1. Овладение техническими навыками, связанными в т.ч. с проектированием, моделированием, работой с оборудованием, включая роботов, станки ЧПУ, 3D-принтеры и др.

2. Развитие логического и критического мышления. Решение задач требует анализа, оценки и применения логического и критического мышления для достижения конкретных результатов. Эти навыки применимы не только в инженерии, но во всех сферах жизни.

3. Развитие творческого мышления. При создании и проектировании различных объектов или задач обучающимся необходимо находить нестандартные решения.

4. Укрепление командной работы и сотрудничества.

5. Расширение профориентационного кругозора. Уроки технологии позволяют увидеть многообразие профессий инженерной отрасли, определить дальнейшее приоритетное направление будущей профессиональной деятельности.

Ниже представлен фрагмент урока технологии для 5 класса, направленный на формирование инженерного мышления обучающихся.

5 класс. Модуль «Робототехника».

Робот. Принципы работы робота.

Структура урока:

Наименование этапа - Длительность - Основные моменты:

Урок 1

1 Организационный момент 2 минуты Приветствие, организация рабочего места

2 Актуализация знаний 5 минут Определение уровня развития логического мышления, исходных знаний о робототехнике

3 Определение темы урока 3 минуты -

4 Изучение и закрепление нового материала 35 минут Работа над освоением терминологии “робот”, “схема управления”, элементы управления

Выполнение практического задания на закрепление понимания данной терминологии

Урок 2

5 Организационный момент 4 минуты Приветствие, организация рабочего места, соблюдение правил техники безопасности

7 Практическая работа 35 минут Групповая работа с Rotrics DexArm по созданию таблички класса для кабинета

Определение элементов управления роботом, закрепление материала

8 Рефлексия 4 минуты Организация осознания понимания пройденной темы

9 Пояснение домашнего задания 2 минуты -

ФРАГМЕНТ ХОДА УРОКА

1. Организационный момент

Слайд №1. Учитель и ученик приветствуют друг друга. Учитель напоминает о правилах поведения на уроке, соблюдении техники безопасности. Обучающиеся приводят в порядок рабочее место.

2. Актуализация знаний

Слайд №2. Учитель предлагает обучающимся ответить на вопросы:

1. Ребята, подумайте, в чем заключаются сходства и отличия смартфона и калькулятора? (варианты уточняющих вопросов: какими свойствами обладают эти объекты? из чего состоят? для чего они нужны? могут ли работать самостоятельно?)

Вывод, который должны сделать обучающиеся: объекты неживой природы, сделаны человеком для упрощения жизни, управляются человеком.

2. Какой из вышеприведенных объектов является наиболее продвинутым, современным и в большей степени помогает человеку? Почему?

Вывод обучающихся: смартфон, так как включает в себя большое количество функций и позволяет выполнять большое количество задач.

Слайд №3.

3. Спасибо за ответы! А есть ли еще какие-либо устройства, помогающие человеку выполнять какие-либо задачи? Приведите примеры.

Вывод, к которому нужно подвести обучающихся: роботы-пылесосы, умные колонки, другие виды роботов и т.д.

3. Определение темы урока

Учитель задает вопрос:

- Как вы думаете, о чем мы будем говорить сегодня на уроке?

Обучающиеся отвечают на вопрос, учитель переводит ответ обучающихся в тему урока.

Слайд №4. Учитель озвучивает тему урока и его структуру.

4. Изучение и закрепление нового материала

4.1. Определение термина «робот»

Слайд №5. Для начала давайте попробуем дать определение термину “робот”. Для этого у меня есть подсказка на экране. Предлагаю вместе дать определение термину “робот” по заданной структуре (фронтальный опрос).

Слайд №6. Учитель предлагает обучающимся записать в тетради определение термина “робот”.

Учитель:

- Действительно, робот - это техническое устройство, которое частично или полностью выполняет функции человека или животного при взаимодействии с окружающим миром.

Слайды №7-11. Далее учитель предлагает обучающимся для закрепления материала провести викторину.

Учитель:

- Ребята, чтобы закрепить определение термина “робот” предлагаю викторину. Сейчас на экране будут появляться утверждения. Если вы с утверждением согласны, то необходимо будет выполнить задание под утверждением.

Учитель комментирует задания и помогает выполнить ребятам. Опрашивает ребят, почему они согласны или не согласны с тем или иным утверждением.

Учитель подводит итог:

- Отлично, ребята! Отлично справились с заданиями, почувствовали себя

настоящими роботами. Подскажите, по каким признакам вы определили, где в нашем кабинете находятся роботы? Каким образом они работают?

4.2. Принципы работы робота

Слайд №12. Учитель предлагает выполнить задание в парах:

- Ребята, чтобы понять принципы работы робота, предлагаю выполнить

задание, которое поможет нам в этом. Задание будем выполнять в парах. Для его выполнения на ваших столах есть раздаточный материал. Пожалуйста, найдите на листе задание 1. Вам нужно будет внимательно прочитать текст, далее посовещавшись ответить на вопросы, приведенные к этому тексту. Время на выполнение задания - 7 минут. По окончании времени обсудим ваши ответы. Помните, что при обсуждении следует говорить шепотом, чтобы не мешать своим одноклассникам. Есть ли у вас вопросы? Тогда время пошло.

По окончании выделенного времени, учитель опрашивает обучающихся (фронтальный опрос), просит учеников дополнять ответы друг друга. Подводит к выводам:

1. Человек и робот принимают решение по единому алгоритму:

1. Определяют цель и желаемый результат (например, пойти на

прогулку (человек) или доставить заказ (робот));

2. Анализируют ситуацию (например, человек оценивает погодные

условия и соответствие своего состояния и внешнего вида этим условиям; робот оценивает расстояние от своего местоположения до заказчика, возможные траектории движения);

3. Принимают решение и реализуют его в соответствии с

оптимальными вариантами;

4. оценивают полученный результат, при необходимости

корректируют свою деятельность (например, человек вышел без шапки и понял, что ему холодно, сходил и надел шапку; робот на пути столкнулся с препятствием и объехал его).

2. Человек и робот сходны в алгоритме принятия решения, наличии

анализаторов (биологических у человека, искусственных у робота). Различны в том, что изначально робота программирует человек.

3. Роботы необходимы человеку для упрощения жизни, а также для

работы в тех сферах, где человеку тяжело и опасно.

Слайды №13-14. Учитель предлагает ребятам обсудить общую схему управления роботом. Вводит термины управления, управляющей системы и объекта управления, обратной связи и робота как системы (см. теоретический материал). Обучающиеся записывают определения терминов.

Слайд №15. Закрепление материала. Учитель предлагает рассмотреть практическую задачу (фронтальная работа).

Учитель:

- Ребята, предлагаю рассмотреть схему управления роботом из вашего

предыдущего задания. Давайте вместе дадим характеристику основным элементам этой системы: управляющая система, объект управления, цель управления, состояние объекта управления, управляющее воздействие, канал обратной связи.

Учитель, задавая уточняющие вопросы, проводит опрос.

Варианты уточняющих вопросов:

1. Какова цель управления роботом? (доставка заказа)

2. Если робот доставляет заказы, то он является управляющей системой или объектом управления? ИЛИ Отлично, и что же будет являться объектом управления в этой ситуации? (объектом управления)

3. Что или кто является управляющей системой? Что или кто осуществляет управление роботом? (оператор)

4. Каким образом осуществляется управляющее воздействие? Как оператор управляет роботом? (с помощью команд)

5. Каким образом управляющая система узнает о том, что объект управления достиг поставленной цели? (датчики gps, обратная связь робота о выполнении заказа).

Учитель благодарит обучающихся за плодотворную работу, отпускает на перемену.

Таким образом, на уроке технологии возможно формирование всех видов инженерного мышления, основанного на сочетании передовых педагогических инструментов, в том числе по формированию читательской грамотности обучающихся.

Приложения

Приложение 1

Раздаточный материал

Тема урока: Робот. Принципы работы робота.

Задание 1. Прочитайте текст. В паре с соседом по парте обсудите и ответьте на вопросы к тексту.

Про погоду и не только…

Воскресенье. Солнечный октябрьский день. Самое время для прогулки!

Перед выходом на прогулку, Вы, как и многие люди, смотрите на температуру воздуха на улице. И только потом принимаете решение, насколько тепло стоит одеться. При этом выбор одежды зависит от многих факторов: одно дело, если Вы закаленный человек и выходите на несколько минут, другое - если после лечения простуды выходите на длительное время. Далее Вы принимаете решение и одеваетесь в соответствии с ним.

И вот Вы на прогулке в любимой шапке. Какая прекрасная погода, чтобы погулять в парке. Но до ближайшего - 3 километра. И в зависимости от вашего физического состояния, количества свободного времени, Вы принимаете решение, каким образом будете добираться до парка. Вы выбираете пешую прогулку.

Парк. Свежий воздух. Осенняя листва под ногами. Как здорово гулять в выходной день! Вот только что-то очень хочется поесть… Долго не думая, Вы достаете свой смартфон, выбираете блюда по вкусу и, удобно устроившись на лавочке, сидите в ожидании доставки.

И вот по дорожкам парка неспешно к Вам едет он… Робот-доставщик. Пару секунд постояв на развилке парковых дорожек, сверившись с данными датчика GPS, механический доставщик выбрал самый короткий путь. Но путь робота тернист. Он то и дело натыкается на горы опавших листьев, заботливо собранных дворником. Натыкается, сверкает своими электронными глазками и объезжает их. И вот он уже у Вашей лавки, ждет, когда заветная еда будет в Ваших руках!

Вопросы для обсуждения:

1. О чем этот текст?

2. Каким образом человек принимает решения? Каков алгоритм принятия решений человеком?

3. Может ли робот принимать решения? Какие решения робота описаны в тексте?

4. В чем сходства и различия в принятии решений роботом и человеком?

Задание 2.

Практическая работа “Подставка под мобильный телефон”

Оборудование: ноутбук, робот-манипулятор Rotrics.

Материалы: фанера из лиственных пород древесины 5-8 мм.

Инструменты: чертежные и разметочные инструменты.

Объекты труда: подставка под мобильный телефон из фанеры лиственных пород.

Задание: подобрать и подготовить рисунок или текст для декоративной отделки подставки под мобильный телефон, который будет нанесен на лицевую сторону подставки роботом-манипулятором Rotrics (модуль «Лазер»).

Ход работы:

1. Распределите обязанности в группе. Для выполнения работы необходимы:

- project-manager (организует работу над выполнением проекта внутри группы);

- дизайнер (создание изображения для нанесения на подставку, сканирование изображения или выбор готового изображения);

- оператор робота;

- аналитик (обобщение информации, соотнесение полученных результатов с поставленными задачами).

2. Выполнить рисунок или текст, который будет нанесен на лицевую сторону подставки, используя навыки рисования или черчения, а также ресурсы Интернета.

3. Сканировать рисунок и сохранить в программе в формате JPG, Jpeg.

4. Подготовить робот-манипулятор Rotrics и нанести изображение.

Важно! При работе с модулем лазера обязательно надо надевать защитные очки, либо разместить манипулятор в специальном защитном корпусе!

- проверьте качество выполненной работы.

5. Подведите итоги. Ответьте на вопросы:

- Какие основные компоненты процесса управления вы использовали во время работы?

- Важен ли был канал обратной связи с роботом? Почему?

6. Подготовьте презентацию результатов своей деятельности по плану:

- представить членов команды, рассказать о распределении обязанностей;

- презентовать подставку под телефон, пояснить выбор изображения;

- ответить на вопросы п.5 хода работы;

- рассказать общие впечатления: что было легко, интересно, что было сложно и требовало много усилий;