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 еѐрешения 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 Конструктор LEGO Mindstorms EV3
-
2 нейролаборатория BiTronics NeuroLab
-
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