Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования «Детский технопарк «КубИТ» МО «Намский улус» Республики Саха (Якутия)»

 

 

 

 

ПРОЕКТ «Нейротехнологии. К омпетенция будущего» (для обучающихся 14-18 лет)

Автор проекта: Иванова Варвара Захаровна педагог

ДО, рук.кружка «Образовательная роботехника»

МБУ ДО «Детский технопарк «КубИТ»

 

 

2020 г.

 

Оглавление

Введение ................................................................................................... 3 

Нейротехнология будущего. ..................................................................... 3 

Комплектация набора BiTronics NeuroLab ............................................... 4 

Сроки реализациипроекта.......................................................................5

Формы и методы организации обучения нейролаборатории и робототехники. ......................................................................................... 5

Воспитательно-познавательная деятельность ........................................... 7 

Материально-техническая база проекта.................................................... 7 

Ожидаемые конечные результаты реализации проекта. ........................... 8

2

 

Введение

Проект направлен на формирование специальностей будущего и приобретение компетенции по современным технологиям, включая нейротехнологию, систему компьютерного программирования и робототехнику.

Спектр деятельности нейротехнолога очень широк, специализации могут быть самые разнообразные: от создания искусственных нейронных сетей до протезирования конечностей человека, от нейропилотирования до борьбы с нейродегенеративными заболеваниями.

Инженерная технология в области нейробиологии, нейрохирургии и нейроуправления в жизни человека. Данный проект «Нейротехнологии в системы электронного обучения для расширения среды образовательной деятельности» предназначен обучению детей 14-18 лет образовательных организаций всех типов. В обучении и воспитании детей с ограниченными возможностями здоровья, а также находящихся в социально опасном положении или иной трудной жизненной ситуации.

Нейротехнология будущего.

Что такое анатомия и физиология человека, нервная система человека, техническое моделирование, робототехника, электроника, мехатроника. Нейротехнологии — технологии, направленные на получение знаний о мозге и нервной системе — позволяют работать в самых разных профессиональных областях. Специалист по нейротехнологиям – это специальность на стыке нейробиологии и инженерного дела. Он должен понимать устройство работы мозга и технических приборов, позволяющих изучать, использовать и воздействовать на мозговую активность людей. На нашем рынке вышло наборы компании Битроникс и Роботек. Знакомства с набором-конструкторами «Юный Нейромоделист», «Битроникс», для изучения нейротехнологий. Данные наборы позволяют считывать такие биосигналы человека, как электромиограмма, электроэнцефалограмма, кожно-гальваническая реакция и пульса, а также визуализировать биосигналы, позволяют комбинировать робототехнику и нейротехнологии.Кроме того, набор-конструкторы позволяет вести проектную работу (медицинское, инженерное направление и др.)

Одна из основных проблем освоения школьного курса биологии заключается в преимущественно теоретическом характере изучения содержания и уделения минимум внимания связям изучаемой теории с реальной жизни вокруг ученика. Применение такого образовательного подхода, в рамкам которого можно придать процессу обучения интерактивный характер, объединить изучаемый материал с решением практических задач и в результате мотивировать обучающихся, позволяет

3

существенно повысить эффективность образовательного процесса. Набор LEGO MINDSTORMS Education EV3 и датчики BiTronics NeuroLab позволяют детям создавать устройства, анализирующие биосигналы и нейросигналы человека – мозговую активность, мышечную активность, пульс, электрическую активность кожи. Компания Bitronics LAB представляет учебно- методический комплекс (УМК) по биологии для 7–11 классов основной школы (обучающихся в возрасте 12–16 лет). Набор - констуктор нейро помогут учителям просто и увлекательно познакомить детей с одним из разделов биологии – физиологией человека. Использование данного УМК позволит сформировать межпредметные связи для комплексного изучения современных информационных технологий и биотехнологий. Такой подход поможет учащимся усваивать основные понятия физиологии человека в контексте решения реальных практических задач с помощью автоматизированных устройств и робототехнических моделей.

Цель: создание условий для развития нейроинженерии у обучающихся, через изучение нейрокомпьютерных интерфейсов систем программирования.

Задачи:

- изучить принципы работы нейрокомпьютерных интерфейсов, состояние и перспективы нейротехнологий в настоящее время;
- изучить приемы и технологии разработки систем с использованием человекомашинного интерфейса управления.
- развивать у обучающихся техническое мышление, изобретательность, пространственное мышление;
- формировать учебную мотивацию и мотивацию к творческому поиску; - стимулировать познавательную активность обучающихся посредством включения их в различные виды конкурсной различного уровня;

Комплектация набора BiTronics NeuroLab

BiTronics NeuroLab – это обучающая платформа для изучения биосигналов человека. Используя конструктор Lego Mindstorms EV3 вместе с модулями биосигналов человека BiTronics NeuroLab, легко измерить пульс и сопротивление кожи, записать электроэнцефалограмму мозга и измерить мышечную активность. Образовательная программа нейролаборатории позовляет подробно изучить бионейросигналы человека в рамках школьного курса биологии. Данное пособие содержит в себе теорию по физиологии человека, а также 8 лабораторных работ, которые встраиваются в основную школьную программу. Таким образом, нейролаборатория позволяет изучить теоретические основы бионейросигналов, а также исследовать их

4

на практике и применить полученные знания при созднии инженерных проектов. Выполняя задания лабораторных работ, учащиеся:

 познакомятся с тонкостями проведения научного эксперимента;
 смогут углубить свои знания в области биологии, информатики и

физики;
 изучат базовые принципы обработки биосигналов человека.

Данный набор BiTronics NeuroLab является неотъемлемой частью и предназначен для изучения теоретических основ перед выполнением практической работы. Использование модулей BiTronics NeuroLab не ограничивается занятиями. Изучив, можно придумывать и проводить новые эксперименты, а также построить целую научно- исследовательскую работу в области физиологии человека и человеко-машинных интерфейсов.

Сроки реализации проекта.

Первый этап (2020-2021 г.) – осуществляется поиск необходимой информации, знакомство с набора «Нейролаборотория BiTronics NeuroLab» и платформой конструктора Lego Mindstorms EV3, изучается роль и место курса робототехники. Определяется объект, предмет, цель, задачи и база опыта, подбор методик и технологий обучения учащихся.

Второй этап (2021-2022 г.) – разработка программ работы кружка (занятия) на первый и второй годы обучения, выбираются наиболее подходящие технологии, средства и методы обучения при изучении основам робототехники и набора «Нейролаборотория BiTronics NeuroLab».

Третий этап (2022-2023 г.) – создание учебно-методические материалы для занятий кружка, их апробация и внедрение, программы элективного курса «Нейролаборатория BiTronics NeuroLab» на платформе конструктора Lego Mindstorms EV3, излучаются возможности встраивания робототехники в предметы информатика, биологии и физики, на которых возможно применение робототехники. Далее разработываются образовательные программы деятельности на третий и четвертый годы обучения и учебно- методических материалов к ним, создаются учебно -методические материалы для занятий элективного курса, разрабатывается комплекс занятий и методических материалов для встраивания основ робототехники в разделы курса информатики и ИКТ.

Формы и методы организации обучения нейролаборатории и робототехники.

Для внедрения робототехники в образовательное пространство школы главной задачей становится определение оптимальных форм организации учебного процесса даѐт следующую классификацию форм обучения, в зависимости от структуры педагогического процесса.

Формы обучения:

5

 Основная (урок, занятия, кружки)
 Дополнительная (лекции, экскурсии, консультации, игры)
 Вспомогательные (элективные курсы, клубы).
Достоинством этой классификации является определение места

проведения процесса обучения.
Проект в образовательном пространстве строится на трех формах

организации учебной деятельности: кружок, элективный курс, урок. Эффективность обучения основам робототехники зависит и от организации занятий проводимых с применением следующих методов

по способу получения знаний.

  •   Объяснительно - иллюстративный - предъявление информации

    различными способами (объяснение, рассказ, беседа, инструктаж,

    демонстрация, работа с технологическими картами и др);

  •   Эвристический - метод творческой деятельности (создание творческих

    моделей и т.д.)
    Проблемный - постановка проблемы и самостоятельный поиск еѐ

    решения обучающимися;

 Программированный - набор операций, которые необходимо

выполнить в ходе выполнения практических работ (форма:

компьютерный практикум, проектная деятельность); Репродуктивный - воспроизводство знаний и способов деятельности

(форма: собирание моделей и конструкций по образцу, беседа,

упражнения по аналогу).
Частично - поисковый - решение проблемных задач с помощью

педагога;
 Поисковый – самостоятельное решение проблем;
Метод проблемного изложения - постановка проблемы педагогам,

решение ее самим педагогом, соучастие обучающихся при решении.
На современном этапе главный метод, который используется при изучении направления - это метод проектов. Под методом проектов понимают технологию организации образовательных ситуаций, в которых учащийся совместно с педагогом ставит и решает задачи, использует технологии сопровождения самостоятельной деятельности. Проектно- ориентированное обучение – это систематический учебный метод, вовлекающий учащихся в процесс приобретения знаний и умений с помощью широкой исследовательской деятельности, базирующейся на

комплексных, реальных вопросах и тщательно проработанных заданиях. Основные этапы разработки исследовательского проекта:

1. Темы проекта исходит из проблемы изучаемого направления.
2. Цель и задачи представляемого проекта.
3. Разработка механизма на основе конструктора, установка используемых датчиков.
4. Составление программы для работы механизма в среде графического интерфейса Lego Mindstorms с использованием нейролаборатории BiTronics NeuroLab.

6

5. Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.
При разработке и отладке проектов учащиеся делятся опытом друг с другом, что очень эффективно влияет на развитие познавательных, творческих навыков, а также самостоятельность школьников. Таким образом, можно убедиться в том, что набор нейролаборатории BiTronics NeuroLab на платформе Lego Mindstorms ЕV3, являясь дополнительным средством при изучении курса информатики, позволяет учащимся

принимать решение самостоятельно, применимо к данной ситуации, учитывая окружающие особенности и наличие вспомогательных материалов. И, что немаловажно, – умение согласовывать свои действия с окружающими, т.е. – работать в команде.

Воспитательно-познавательная деятельность

Проект предполагает работу с детьми в учебное и внеучебное время (дополнительное образование).

  •   Через содержание основ наук (воспитывать мировоззренческие понятия: причинно-следственные связи в окружающем мире; познаваемость окружающего мира и человечества).

  •   Через методы обучения (воспитывать у учащихся отношения делового сотрудничества (доброжелательность друг к другу, уважать мнение

других, уметь слушать товарищей), воспитывать чувства товарищеской взаимовыручки и этики групповой работы).

Материально-техническая база проекта.

1. Цифровое оборудование: проектор, АРМ учителя, компьютерный класс.

2. Учебное оборудование: конструктор LEGO нейролаборатория BiTronics NeuroLab
Таблица 1
Оборудования для реализации проекта

Mindstorms EV3,

наименование оборудования

кол- во

цена в руб.

итого

2020

2021

2022

page7image18265024

No

  1. 1  Конструктор LEGO Mindstorms EV3

  2. 2  нейролаборатория BiTronics NeuroLab

  3. 3  Дополнительные наборы лаборатории Итого

5 30000
5 40000 200000 200000 5 20000 100000

150000 150000

page7image18265216 page7image18265408 page7image18265600 page7image18265792 page7image18265984 page7image18266176 page7image18266368 page7image18266560 page7image18266752 page7image18266944page7image18267136 page7image18267328 page7image18267520 page7image18267712

100000 450000 350000 100000

page7image18267904 page7image17901504 page7image17901696 page7image17906304 page7image17906112 page7image17915008 page7image18001152 page7image18004608 page7image18235392 page7image18235584page7image18235776 page7image18235968 page7image18236160 page7image18236352

7

Ожидаемые конечные результаты реализации проекта.

Создадутся дидактические и методические материалы для ведения данного направления. Привлечение школьников к исследованиям в области робототехники и нейротехнологии, обмену технической информацией и начальными инженерными знаниями, развитию новых научно-технических идей позволит создать необходимые условия для высокого качества образования, за счет использования в образовательном процессе новых педагогических подходов и применение новых информационных и коммуникационных технологий. Понимание феномена технологии, знание законов техники, позволит выпускнику школы соответствовать запросам времени и найти своѐ место в современной жизни.

  •   Обновление образовательных программ, оснащение материально- технической базы.

  •   Привлечение школьников к исследованиям в области робототехники и нейротехнологии, обмену технической информацией и начальными инженерными знаниями.

    Привитие навыков учащимся применения новых информационных и коммуникационных технологий.

    Помощь в выборе профессии технической направлении по запросам времени.

  •   Развития новых научно-технических идей у учащихся. Сопровождение учителей, педагогов и образовательных программ.

  •   Повышение квалификации учителей и педагогов.

  •   Связь с образовательными университетами и институтами,

    ориентированными на робототехнику и нейротехнологии.

  •   Анализ результативности реализации программ.

8