Разработка интерактивного тренажёра для развития крупной моторики и внимания с использованием конструктора LEGO Mindstorms EV3

XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Разработка интерактивного тренажёра для развития крупной моторики и внимания с использованием конструктора LEGO Mindstorms EV3

Вальчугов М.В. 1Маликов А.И. 1Хайдаршин А.Ж. 1
1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"
Бек М.А. 1
1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Развитие крупной моторики и внимания у детей является одной из важнейших задач современного образования и коррекционно-развивающей деятельности. Крупная моторика — это способность управлять движениями крупных мышц тела (ног, рук, спины), отвечающих за поддержание равновесия, координацию, бег, прыжки и другие физические активности. Формирование этих навыков во многом определяет успешность физического, психического и когнитивного развития ребёнка.

Внимание, в свою очередь, играет ключевую роль в процессе обучения и усвоения новой информации, влияет на способность концентрироваться на заданиях, удерживать и перерабатывать необходимые стимулы, фильтровать отвлекающие факторы. Проблемы с вниманием нередко осложняют обучение, снижают школьную успеваемость и мешают социальной адаптации.

Значительное количество современных детей испытывают трудности как в развитии крупной моторики, так и в формировании произвольного внимания. Среди основных причин выделяют малоподвижный образ жизни, недостаточное количество активных игр, а также специфику образовательного процесса, не всегда учитывающую необходимость двигательной активности.

Последствия недостаточно развитой крупной моторики и нарушений внимания проявляются в снижении учебной мотивации, повышенной утомляемости, трудностях при решении учебных и бытовых задач, а также в нарушениях психоэмоционального состояния. Поэтому создание современных интерактивных инструментов, способных эффективно способствовать развитию этих навыков, становится актуальной задачей.

Цель данной работы — разработать интерактивный тренажёр в виде гоночной трассы на базе конструктора LEGO Mindstorms EV3, ориентированный на развитие крупной моторики и внимания у детей.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Проанализировать теоретические основы формирования крупной моторики и внимания у детей, рассмотреть современные методы их развития.

  2. Осуществить проектирование и создание интерактивного тренажёра на платформе LEGO Mindstorms EV3, разработать соответствующее программное обеспечение.

  3. Провести апробацию разработанного устройства, определить его эффективность и обозначить возможные направления дальнейшего совершенствования проекта.

Результатом работы станет создание инновационного тренажёра, который позволит в игровой форме развивать у детей навыки крупной моторики и улучшать концентрацию внимания, способствуя всестороннему развитию обучающихся.

Глава 1. Теоретические основы развития крупной моторики и внимания у детей

1.1 Особенности формирования крупной моторики

Когда мы наблюдаем, как маленький ребёнок впервые делает неуверенные шаги, бросает мяч или взбирается на горку, кажется, что эти умения развиваются сами собой. На деле за каждым движением стоит сложная система взаимосвязей между мозгом, нервной системой и мышцами. Именно благодаря им человек приобретает навыки управления своим телом — иначе говоря, формирует крупную моторику.

Что такое крупная моторика и как она развивается

Крупная моторика — это основы всех движений, связанных с работой больших групп мышц: ходьба, бег, прыжки, лазанье, удержание равновесия, подъем по лестнице и даже простое вставание со стула. Эти навыки закладываются ещё в младенчестве и проходят долгий путь развития:

  • От рефлексов к осознанному движению. Первые месяцы жизни ребёнок действует на уровне безусловных рефлексов — например, инстинктивно размахивает руками или тянется к предметам. Со временем при поддержке взрослых и через игру появляется осознанный контроль за движениями.

  • Влияние среды и опыта. Чем больше у ребёнка возможностей для «разгула» и проб, тем активнее формируются новые нейронные связи. Пространство, насыщенное объектами для взаимодействия — будь то обычная игровая площадка или конструктор LEGO — становится настоящей лабораторией по исследованию своего тела.

  • Переход от крупных к тонким движениям. Развитие идёт «от глобального к деталям». Сначала ребёнок учится держать равновесие, ползать и ходить, а уже после закрепления этих основ появляется способность к более точным и сложным движениям — так называемая тонкая моторика.

Нередко крупную моторику воспринимают исключительно как физиологическую функцию: «Научился бегать — молодец, можно дальше учиться читать». Однако современные исследования показывают, что крупная моторика тесно связана с когнитивными функциями. Гармоничное двигательное развитие поддерживает работу мозга, способствует формированию навыков самоорганизации, планирования, концентрации внимания и даже речи.

Не хватает физических нагрузок — страдает всё остальное. В цифровую эпоху с преобладанием «сидячего» досуга проблема выражена особенно остро. Недостаток движений приводит к задержкам моторного развития и повышает риск возникновения трудностей в учебной деятельности.

Роль игровой среды и техники

Важную роль в развитии крупной моторики играет правильно организованное пространство: лазалки, качели, спортивные элементы, а также современные технические средства вроде LEGO Mindstorms EV3. Конструкторы с программируемыми элементами добавляют к двигательному опыту новое измерение — они заставляют не только двигаться, но и думать, планировать, проявлять изобретательность. Такие подходы делают тренировки увлекательными, повышают мотивацию и вовлекают ребёнка в процесс развития без принуждения.

Таким образом, формирование крупной моторики — это динамичный, многоуровневый процесс, объединяющий физиологические, психологические и социальные аспекты развития ребенка. Правильное сопровождение на этом пути открывает широкие перспективы для гармоничного личностного и интеллектуального роста.

1.2 Значение внимания в обучении и развитии

Внимание называют «прожектором» нашего мышления: оно позволяет выбрать из множества внешних и внутренних стимулов именно то, что в данный момент важно для выполнения задачи. Благодаря вниманию человек способен удерживать необходимые объекты и явления в фокусе восприятия, игнорируя при этом несущественное. С раннего возраста развитие внимания становится одним из базовых факторов успешного обучения и адаптации в обществе.

Механизмы внимания: от восприятия к цели

С точки зрения психологии, внимание — это особый когнитивный процесс, который обеспечивает отбор и целенаправленную обработку информации. Существуют различные формы проявления внимания:

  • Устойчивое и неустойчивое — способность продолжительно концентрироваться либо быстро отвлекаться.

  • Произвольное и непроизвольное — целенаправленно управляемое или возникающее спонтанно под действием ярких стимулов.

Дети младшего возраста чаще полагаются на непроизвольное внимание, их легче увлечь чем-то новым или ярким. С взрослением и опытом формируется умение целенаправленно управлять вниманием, что напрямую влияет на успешность освоения новых знаний и умений.

Влияние внимания на процесс обучения

Как показывают многочисленные исследования, внимание является основой для усвоения информации, осмысленного запоминания, формирования логических связей. Ребёнок, способный удерживать фокус на поставленной задаче и не отвлекаться, быстрее осваивает учебный материал, лучше запоминает и использует знания на практике.

В условиях современной насыщенной информационной среды фокусировка становится особенно сложной, но и более ценной: развитое внимание помогает фильтровать лишнее, сосредотачиваться на главном и эффективнее учиться.

Саморегуляция, мотивация и внимание

Различные аспекты внимания тесно связаны с саморегуляцией, планированием своего поведения, мотивацией и управлением эмоциями. Умение концентрироваться облегчает постановку целей и достижение результата, позволяет доводить начатое до конца. Особенно это проявляется в ситуациях, требующих не только умственной, но и двигательной активности — например, при выполнении заданий, где нужно быстро и точно реагировать на изменение условий.

Практические методы развития внимания

Современное образование предлагает разнообразные игровые, двигательные и интерактивные методы для тренировки внимания у детей и подростков. Особенно эффективными оказываются задания, сочетающие физическую активность с умственной, требующие фокусировки, координации и быстрой реакции. Такие тренажёры помогают не только формировать навыки внимательности, но и развивать другие важные качества — настойчивость, самостоятельность, аналитическое мышление.

Таким образом, внимание — это фундаментальная основа успешного развития личности, его интеллектуального и поведенческого потенциала. Целенаправленная работа по формированию и укреплению внимания должна быть неотъемлемой частью обучающих и развивающих программ.

1.3 Использование интерактивных технологий в коррекционно-развивающей деятельности

В последние десятилетия интерактивные технологии становятся всё более востребованными в образовательной и коррекционно-развивающей практике. Их применение открывает новые возможности для формирования и совершенствования различных психофизиологических функций детей, включая навыки крупной моторики и внимание.

По сравнению с традиционными методами, интерактивные технологии обеспечивают динамичное и наглядное взаимодействие обучающихся с учебным материалом. Игровые элементы, визуальная яркость, возможность моментальной обратной связи повышают мотивацию, способствуют активному включению ребёнка в процесс деятельности. Это особенно важно для коррекции недостатков развития, когда устойчивый интерес и позитивное отношение к занятиям являются залогом успеха.

Интерактивные задания, предполагающие физическую активность, позволяют целенаправленно тренировать навыки координации, пространственной ориентации, силу и ловкость, что способствует гармоничному развитию крупной моторики. В то же время, выполнение заданий с элементами игры требует концентрации, быстрого реагирования на меняющиеся условия, что тренирует устойчивое и избирательное внимание, а также развивает исполнительные функции.

Опыт применения интерактивных технологий в коррекционно-развивающей деятельности свидетельствует о значительном повышении эффективности традиционных методик за счет использования цифровых средств и игровых форм обучения. Регулярная работа с такими средствами становится мощным стимулом как для интеллектуального, так и для физического развития, способствует формированию самостоятельности, мотивации, командной работы и социальных навыков.

Таким образом, внедрение интерактивных технологий в коррекционную и развивающую практику открывает новые горизонты для поддержки детей с разными особенностями развития и создает оптимальные условия для раскрытия их потенциала.

Существует множество интерактивных технологий, предназначенных для развития внимания и моторики у детей и взрослых. Ниже приведён обзор наиболее популярных и эффективных направлений с примерами.
Существует множество интерактивных технологий, предназначенных для развития внимания и моторики у детей и взрослых. Ниже приведён обзор наиболее популярных и эффективных направлений с примерами.

1. Интерактивные обучающие программы и игры

  • Компьютерные и планшетные приложения с упражнениями на внимание, координацию движений, зрительно-моторную интеграцию (например, платформы Lumosity, Cognifit, NeuroNation);

  • Образовательные видеоигры и приложения, совмещающие элементы гимнастики для рук/тела и задания на концентрацию.

2. Сенсорные интерактивные панели и напольные комплексы

  • Сенсорные доски и напольные панели, реагирующие на прикосновение или движение, часто используются для тренировки баланса, координации и быстроты реакции. Программы на таких устройствах могут включать игровые задания на реакцию и внимание;

  • Напольные интерактивные поля (например, Step Interactive Floor), где участнику предлагается выполнять двигательные задания по сигналу.

3. Тренажёры виртуальной и дополненной реальности (VR/AR)

  • VR-тренажёры предлагают иммерсивные среды, где требуется одновременно двигаться и быстро реагировать на изменения в виртуальном пространстве, что усиливает вовлечение и развивает как моторику, так и внимание;

  • AR-приложения для мобильных устройств позволяют выполнять физические активности, используя элементы дополненной реальности, что делает упражнения более интересными.

4. Интерактивные комплексы для физических упражнений

  • Интерактивные стены (например, LÜ Interactive Playground, SMART Wall) — динамические поверхности, на которые проецируются задания. Для достижения успеха пользователь должен реагировать движением в нужную область, укрепляя навыки контроля тела и внимания;

  • Интерактивные фитнес-тренажёры с обратной связью, которые отмечают правильность и быстроту движений, например, электронные «умные коврики» и баланс-доски.

5. Программируемые и робототехнические комплексы

  • Роботы и программируемые устройства, с которыми нужно непосредственно взаимодействовать для прохождения заданий (например, следование за светом, реагирование на сигналы, выполнение инструкций в движении).

6. Интерактивные обучающие среды для совместной деятельности

  • Командные интерактивные игры (как на экране, так и в реальном пространстве), объединяющие несколько участников для совместного решения задач, требующих внимания, реакции и координации.

7. Веб-платформы и сервисы для стимуляции когнитивных и моторных функций

  • Интерактивные задания и тренажёры в виде флеш-игр, симуляторов на развитие короткосрочного внимания, управления движениями мышки, развлечений с элементами моторики и интеллектуальных задач.

Глава 2. Конструирование интерактивного проекта на платформе LEGO Mindstorms EV3

2.1 Описание инновационного робототехнического комплекса

Наша команда разработала инновационный робототехнический комплекс для развития крупной моторики и концентрации внимания у детей в игровом формате. В центре комплекса — управляемый модельный автомобиль, который передвигается по динамичной городской трассе с препятствиями, среди макетов высотных зданий. В ходе интерактивных заданий дети тренируют ловкость, согласованность движений и быстроту реакции.

Тренажёр состоит из двух частей. Первая — это миниатюрная модель дорожного движения, где движение полотна трассы с автомобилями осуществляется с помощью среднего мотора, подключённого к блоку управления EV3. Этот мотор обеспечивает непрерывное движение трассы, воссоздавая реалистичные условия для упражнений. Встроенный ультразвуковой датчик EV3 фиксирует количество проходящих автомобилей, что позволяет автоматически изменять уровень сложности за счёт увеличения скорости.

Для воспроизведения разнообразных механических процессов применяются реечная, зубчатая и ремённая передачи: реечная передача преобразует вращательное движение мотора в возвратно-поступательное, а зубчатая и ремённая обеспечивают плавность и точность перемещения элементов трассы и автомобилей.

Вторая часть тренажёра — управляемый детьми автомобиль, рулевое управление которого реализовано через рейку, соединённую с коническими шестернями, также подключёнными к блоку EV3. При столкновении с препятствием датчик касания мгновенно останавливает игровой процесс, что обеспечивает быструю обратную связь для пользователя.

Особенности конструкции делают процесс не только захватывающим, но и максимально полезным с точки зрения педагогики: для успешного управления автомобилем ребёнку необходимы точные, скоординированные движения, что способствует развитию крупных мышечных групп и зрительно-моторной координации. Постоянно изменяющаяся игровая ситуация требует концентрировать внимание и мгновенно реагировать на происходящее.

Яркий дизайн, увлекательный сценарий и разнообразные игровые ситуации делают тренировки привлекательными для детей. Возможность повышать уровень сложности, отслеживать прогресс и соревноваться повышает мотивацию и способствует естественному и успешному развитию ключевых навыков моторики и внимания.

2.2 Описание программного кода для работы проекта

Для управления разработанным нами робототехническим тренажёром в среде программирования LEGO Mindstorms была создана оригинальная программа, объединяющая функции управления движением, учёта игровых событий и динамического повышения уровня сложности.

В основе управления лежит средний мотор, который запускается с небольшой мощности и приводит в действие гусеничный механизм — имитатор движения дороги. Мотор продолжает работу до тех пор, пока не будет нажата кнопка датчика касания, сигнализирующая о столкновении автомобиля с препятствием и тем самым завершающая игровой процесс для участника.

Одновременно с этим программа реализует подсчёт автомобилей, успешно объеденных участником. Для этого используется ультразвуковой датчик, фиксирующий каждое прохождение автомобиля, а также специальная переменная, в которой с помощью математических блоков подсчитывается количество препятствий, преодолённых без столкновений. Эта информация отображается на экране, что позволяет ребёнку отслеживать свой успех в реальном времени.

Дополнительную мотивацию создаёт динамическая система усложнения: каждые десять успешно пройденных автомобилей программа автоматически увеличивает мощность среднего мотора, вследствие чего скорость движения гусеничного механизма возрастает. Таким образом, игра становится всё более быстрой и требующей от пользователя максимально быстрой реакции и высокого уровня концентрации внимания.

Заключение

Проведённая работа по созданию интерактивного робототехнического тренажёра для развития крупной моторики и концентрации внимания у детей позволила не только реализовать эффективную техническую и педагогическую модель, но также получить ценные результаты её практического применения. В ходе апробации тренажёра с участием детей разного возраста было выявлено, что игровой формат, динамичный процесс и привлекательный внешний вид комплекса вызывают у участников живой интерес и высокий уровень мотивации.

Дети с большим энтузиазмом вовлекались в игровые задания, демонстрировали стремление совершенствовать свои навыки и, что особенно важно, с лёгкостью забывали о привычных электронных гаджетах. Многие из них отмечали, что не хотели возвращаться к смартфонам и планшетам, предпочитая продолжать занятия с нашим тренажёром. Это свидетельствует о высокой увлекательности, эффективности и практической значимости разработанного комплекса.

Таким образом, можно сделать вывод, что поставленные задачи успешно решены. Разработанный тренажёр не только способствует развитию важных навыков у детей, но и формирует устойчивую мотивацию к полезной и развивающей активности. Полученные результаты подтверждают целесообразность и перспективность использования подобных интерактивных решений в образовательной и коррекционно-развивающей среде.

Список использованных источников:

  1. Брушлинский, А. В. Психология внимания. — М.: Просвещение, 2010. — 193 с.

  2. Ильин, Е. П. Моторика: развитие, коррекция, тренировка. — СПб.: Питер, 2016. — 352 с.

  3. Мещерякова, С. Ю., Железнова, Н. В. Развитие крупной моторики у детей. — М.: Владос, 2017. — 96 с.

  4. Баенская, Е. Р. Особенности формирования произвольного внимания у детей дошкольного возраста // Психология и практика образования. — 2015. — № 3. — С. 28–34.

  5. Смирнова, Е. О., Егорова, М. С. Коррекционно-развивающие игры в работе с детьми. — М.: Генезис, 2014. — 144 с.

  6. LEGO® Education. Руководство пользователя Mindstorms EV3. — [Электронный ресурс]: https://education.lego.com/ru-ru/product-resources/mindstorms-ev3/

ПРИЛОЖЕНИЯ

Рисунок1.1.1 Что такое крупная моторика

Рисунок1.2.1 Развитие внимания

Рисунок1.3.1 Компьютерные и планшетные приложения

Рисунок1.3.2 Сенсорные доски и напольные панели

Рисунок1.3.3 Виртуальные тренажеры

Рисунок 2.1.1 Общий вид тренажера

Рисунок 2.1.2 Гусеничный механизм

Рисунок 2.1.3 Ультразвуковой датчик

Рисунок2.1.4 Дом

Рисунок 2.1.5 Проект вид сбоку

Рисунок 2.1.6 Датчик касание вид сбоку

Рисунок 2.1.7 Проект вид сверху на дорогу

Рисунок 2.1.8 руль и прикрепление датчика касания

Рисунок 2.1.9 реечная передача в механизме вращения руля

Рисунок 2.1.10 Блок EV3 для управления проектом

Рисунок 2.2.1 Программа для работы проекта

Просмотров работы: 15