V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Использование LEGO для выполнения «блокнотных» анимаций
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Все дети любят игрушки. У многих самой любимой игрушкой является набор LEGO.
В последние годы в российском образовании всё более популярной становится образовательная робототехника. Сотни школ используют конструкторы нового поколения. Во многих регионах России образовательная робототехника успешно развивается на протяжении уже нескольких лет. Робототехника становится сегодня популярным и эффективным средством в изучении информатики, физики, технологии и других предметов, что позволяет достигать высоких результатов в обучении и мотивации школьников к выбору профессий инженерно-технического профиля. [1,c.104]
При знакомстве с робототехникой учащиеся на практике начинают понимать, как применять математические и физические формулы.
Для занятий школьников в области робототехники на рынке предлагается много различных конструкторов, которые дают возможность ученику собрать конструкцию робота, составить программу и запустить модель. Наиболее популярным конструктором является LEGO, т. к. основными идеями его являются модульность и совместимость. Приобретая разные наборы конструктора можно собирать всевозможные модели автомобилей, самолетов, кораблей. [2,c.198]
В ряду новых возможностей, которые предоставляет нам сеть, компьютеры и другие способы связи и технические новинки, Lego Education выделяется тем, что позволяет организовать не только запоминание сведений, а именно получение новой информации из поведения реальных объектов, при этом объекты можно изменять, конструировать по-новому и вновь экспериментировать. Особенность и уникальность LEGO состоит в том, что эти конструкторы дают широкое поле для реализации более сложных инженерных проектов в сотворчестве ученика и учителя.
Я выдвинул гипотезу – можно предположить, что использование LEGO на уроках, а не только на внеклассных мероприятиях сделает учение более интересным, поможет лучше запоминать изучаемый материал, а выполнение простейших блокнотных анимаций позволит учащимся лучше понять изучаемое явление.
Я использовал следующие методы исследования:
Изучение литературы;
Получение информации в сети Интернет;
Непосредственное экспериментирование, создание основы для просмотра рисунков
Создание пробных рисунков в технике «блокнотной» анимации;
Цель работы: создание конструкции на базе Lego Education, позволяющей выполнять и просматривать рисунки в технике «блокнотной» анимации.
Задачи работы:
Выяснить у учителей- предметников (математика, биология, физика) какие темы плохо усваиваются школьниками, но, при изучении которых может помочь анимация.
Создатьна базе Lego Education робота, который может перемещать лист с нарисованными картинками.
Подобрать скорость, при которой глаз начинает воспринимать их как анимацию.
Выполнить пробные анимации, продемонстрировав возможности использования их на уроках математики, биологии, физики.
Актуальность моей работы заключается в том, что учебную анимацию в графических редакторах на уроках создать достаточно трудоемко, а «блокнотная» анимация не требует много времени, но может служить красочным объяснением любого сложного материала. А выполненная самим учеником будет хорошим дополнением и объяснением существенных моментов каждой изучаемой темы.
Новизна моей работы заключается в использовании Lego Education для объяснения тем на уроках математики, биологии, физики.
Глава 1. История появления Lego
Компания Lego была основана в 1932 году. Её основателем стал датчанин Оле Кирк Кристиансен, являвшийся в то время бригадиром команды плотников и столяров, поэтому первый LEGO был деревянным. В самом начале своей истории конструктор назывался «Автоматически скрепляющиеся кирпичики». Позже было решено сделать анаграмму датской фразы leg godt, что означает «играй легко».
В 1947 году компания расширила производство и начала выпуск пластиковых игрушек. Начиная с момента своего появления в 1949 году, элементы LEGO во всех своих вариантах остаются совместимы друг с другом. Так, например, элементы, созданные в 1958 году, по-прежнему соединяются с элементами, выпущенными в 2010, несмотря на радикальные изменения в дизайне и форме элементов за эти годы.
В состав пластмассы для деталей конструктора «Лего» входит сульфат бария. Эта соль не растворяется в воде, что делает её нетоксичной для организма, и хороша видна на рентгеновских снимках. Таким образом, если ребёнок проглотит деталь, её будет легко найти по этим снимкам. Точность соединения деталей 0,001 мм.
LEGO Education — это конструктор (набор сопрягаемых деталей и электронных блоков) для создания программируемого робота. Впервые представлен компанией LEGO в 1998 году. Через 8 лет (2006) в свет вышла модель LEGO Mindstorms NXT, а в 2009 — LEGO Mindstorms NXT 2.0.
Глава 2. Поиск тем по физике, математике и биологии для анимации
Основное требование к подбору тем для анимации – это необходимость в ее использовании. Т.е. тема должна быть трудной для объяснения без выполнения подвижных рисунков.
Темы по физике я выбирал вместе с моей мамой - Андреевой Юлией Вячеславовной, учителем физики МБОУ «СОШ № 15» г. Калуги, председателем Ассоциации учителей физики Калужской области.
Для подбора тем, которые можно проиллюстрировать я обратился к учителям школы, в которой я учусь: учителю биологии Кулешову Сергею Андреевичу ( учителю МБОУ «СОШ № 15» г. Калуги, преподавателю КГУ им. К.Э. Циолковского) и учителю математики Колесовой Анне Михайловне (учителю МБОУ «СОШ № 15» г. Калуги, отличнику образования, победителю ПНПО 2017 и 2011 гг.)
Подобранные темы я расположил в таблице.
Таблица 1. Темы для выполнения анимации
|
Математика |
Физика |
Биология |
|
Движение |
Диффузия |
Деление клетки |
|
Построение графиков |
Траектории при сложном движении |
Стадии роста растения |
|
Прогрессии |
Равномерное и равноускоренное движение |
Захват клеткой веществ |
|
Дроби |
Закон сохранения энергии |
|
|
Положительные и отрицательные числа |
Движение под углом к горизонту |
|
|
Температуры |
Маятник Ньютона |
Глава 3. Основа модели
За основу я взял модель Робота – сортировщика MR-B3AM Kenneth R. Madsen, удалив из него датчик цвета.
Основные части робота: программный блок и средний мотор.
Эксперимент 1. Выбор размеров полосы для анимации
Цель эксперимента: выяснить оптимальный размер полосы для «блокнотной» анимации.
Оборудование: робот полосы бумаги разной толщины и длины, разной плотности.
Таблица 2. Результаты использования разной бумаги
|
Бумага |
Результат эксперимента |
|
Тетрадный лист |
Втягивается хорошо. Место склейки не «видит». |
|
Бумага для принтера |
Втягивается хорошо. Место склейки не «видит». |
|
Ватман |
Втягивается хорошо. На месте склейки останавливается |
|
Картон |
Застревает. Невозможно свернуть в кольцо. |
|
Калька |
Не втягивается. |
Ширина шины колеса обеспечивающего вращение 2 см 2 мм. Значит оптимальная ширина полосы от 1 см 5 мм до 2 см. На более узкой полосе анимации будут плохо просматриваться. Длину полосы можно брать от 27 до 35 см.
Вывод: полосы нужно делать 30 см х 2 см из тетрадной или писчей бумаги.
Эксперимент 2. Выбор направления и расчет скорости перемещения
полосы для анимации
Направление для иллюстрирования на полосу может быть любым: сверху или снизу. Управление основой может осуществляться с самой основы.
Вывод
Учебная анимация почет помочь учащимся лучше усвоить трудный материал, а самостоятельное выполнение кадров «в ручную», позволит запомнить особенности каждого явления. Готовые «блокнотные» анимации можно снимать на видео через документ камеру или мобильным телефоном.
Даже одна такая основа в кабинете физики, биологии и математике поможет учащимся быстрее и качественнее понимать темы урока.
Список литературы
1. Ершов М. Г. Робототехника как средство индивидуализации образовательного процесса по физике // Пермский педагогический журнал. — 2014. — № 5. — С. 104–109.
2. Келбусова С. С., Соколова Д. М. Возможности использования конструктора LEGO в учебном процессе [Текст] // Аспекты и тенденции педагогической науки: материалы I Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, декабрь 2016 г.). — СПб.: Свое издательство, 2016. — С. 198-201. — URL https://moluch.ru/conf/ped/archive/209/11539
3. Особенности изучения робототехники в школе // ROBOT.UNI-ALTAI. URL: http://robot.uni-altai.ru/metodichka/publikacii/osobennosti-izucheniya-robototehniki-v-shkole
Приложение 1.Инструкция по сборке базового робота,
выполнена в программе LEGODigitalDesigner
1. 2.
3. 4.
5. 6.
7. 8.
9. 10.
11. 12.
13. 14.
15. 16.
17. 18.
19. 20. 21.
22. 23. 24.
25. 26. 27.
28. 29.
30. 31.
32. 33. 34.
35. 36.
37.
Внешний вид собранного крепления
Направляющие для полосы Внешний вид базы
База с заправленной анимацией. Вид сзади/ вид спереди
Приложение 2. Программа для базового робота. Скриншот
Приложение 3. Примеры рисунков для «блокнотной» анимации
Примеры серии картинок, из учебниковФизика Цепная реакция.
Биология. Захват клеткой твердых частиц
Фрагменты рисунков, выполненных учащимися
Деление клетки. Биология
Цепная реакция. Физика
Цепная реакция. Физика
Цепная реакция. Физика
Арифметическая прогрессия. Математика
Геометрическая прогрессия. Математика
Исследование сложного движения. Физика