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

 

 

 

 

ПРОЕКТ «Нейротехнологии. Компетенция 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

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

            

100000 450000 350000 100000

            

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