Разработал - Игнатьев Павел Алексеевич, 2010 г.
Пояснительная записка
Существует множество важных проблем, на которые никто не хочет обращать внимания, до тех пор, пока ситуация не становится катастрофической. Одной из таких проблем в России являются: её недостаточная обеспеченность инженерными кадрами и низкий статус инженерного образования. Сейчас необходимо вести популяризацию профессии инженера. Интенсивное использование роботов в быту, на производстве и поле боя требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами, что позволит развивать новые, умные, безопасные и более продвинутые автоматизированные системы. Необходимо прививать интерес учащихся к области робототехники и автоматизированных систем.
Название курса – «Первые шаги в робототехнику»
Класс – 5
Цель – обучение основам робототехники
Задачи:
1. Стимулировать мотивацию учащихся к получению знаний, помогать формировать творческую личность ребенка
2. Способствовать развитию интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям, формировать навыки коллективного труда
3. Прививать навыки программирования через разработку программ в визуальной среде программирования, развивать алгоритмическое мышление
Продолжительность курса – 16 часов
Основная форма работы – практические занятия
Курс основан на использовании комплектов Lego Mindstorms NXT 2.0 и визуальной среды программирования для обучения робототехнике LEGO MINDSTORMS Education NXT .
Тематическое планирование
|
№ занятия |
Тема занятия |
Теоретическая часть |
Практическая часть |
Дата |
|
Вводное занятие |
Понятие «робот», «робототехника». Применение роботов в различных сферах жизни человека, значение робототехники. Просмотр видеофильма о роботизированных системах вооружения стран НАТО. Показ действующей модели робота и его программ: на основе датчика освещения, ультразвукового датчика, датчика касания |
Ознакомление с комплектом деталей для изучения робототехники: контроллер, сервоприводы, соединительные кабели, датчики-касания, ультразвуковой, освещения. Порты подключения. Создание колесной базы на гусеницах |
||
|
Моя первая программа |
Понятие «программа», «алгоритм». Алгоритм движения робота по кругу, вперед-назад, «восьмеркой» и пр. |
Написание программы для движения по кругу через меню контроллера. Запуск и отладка программы. Написание других простых программ на выбор учащихся и их самостоятельная отладка |
||
|
Ознакомление с визуальной средой программирования |
Понятие «среда программирования», «логические блоки». Показ написания простейшей программы для робота |
Интерфейс программы LEGO MINDSTORMS Education NXT и работа с ним. Написание программы для воспроизведения звуков и изображения по образцу |
||
|
Робот в движении |
Написание линейной программы. Понятие «мощность мотора», «калибровка». Применение блока «движение» в программе. |
Создание и отладка программы для движения с ускорением, вперед-назад. «Робот-волчок». Плавный поворот, движение по кривой |
||
|
Первая программа с циклом |
Написание программы с циклом. Понятие «цикл». Использование блока «цикл» в программе. |
Создание и отладка программы для движения робота по «восьмерке» |
||
|
Робот-танцор |
Понятие «генератор случайных чисел». Использование блока «случайное число» для управления движением робота |
Создание программы для движения робота по случайной траектории |
||
|
Робот рисует многоугольник |
Теория движения робота по сложной траектории |
Написание программы для движения по контуру треугольника, квадрата |
||
|
Робот, повторяющий воспроизведенные действия |
Промышленные манипуляторы и их отладка. Блок «записи/воспроизведения» |
Робот, записывающий траекторию движения и потом точно её воспроизводящий |
||
|
Робот, определяющий расстояние до препятствия |
Ультразвуковой датчик |
Робот, останавливающийся на определенном расстоянии до препятствия. Робот-охранник |
||
|
Ультразвуковой датчик управляет роботом |
Роботы – пылесосы, роботы-уборщики. Цикл и прерывания |
Создание и отладка программы для движения робота внутри помещения и самостоятельно огибающего препятствия. |
||
|
Робот-прилипала |
Программа с вложенным циклом. Подпрограмма |
Робот, следящий за протянутой рукой и выдерживающий требуемое расстояние. Настройка иных действий в зависимости от показаний ультразвукового датчика |
||
|
Использование нижнего датчика освещенности |
Яркость объекта, отраженный свет, освещенность, распознавание цветов роботом |
Робот, останавливающийся на черной линии. Робот, начинающий двигаться по комнате, когда включается свет. |
||
|
Движение вдоль линии |
Калибровка датчика освещенности |
Робот, движущийся вдоль черной линии |
||
|
Соревнования роботов |
Робототехнические соревнования |
Соревнования роботов на тестовом поле № 8547. Зачет времени и количества ошибок |
||
|
Робот с несколькими датчиками |
Датчик касания, типы касания |
Создание робота и его программы с задним датчиком касания и передним ультразвуковым |
||
|
Защита проекта «Мой собственный уникальный робот» |
Создание собственных роботов учащимися и их презентация |
Программа обучения это важнейшая часть обучения, не менее важная - преподаватель. Все преподаватели разные, бывает что преподаватель с хорошим багажом знаний и опыта может отлично преподавать и без программы, но если он заболел, переехал или ушел по другим причинам - что будет дальше?
Если есть программа, то качество преподавания не страдает, программа остается интересной при любом преподавателе, а материалы, входящие в программу помогают делать ее насыщенной, интересной и познавательной.
Вы сейчас выбираете клуб робототехники - узнайте есть ли программа в клубе? Есть ли слайды, и оборудование на которых детям проще понять материал, и чему научится ребенок через год, два, три.
Хороший клуб не скрывает программу, а очень хороший гордится тем, что дети не просто играют с роботами, а в процессе обучения получают навыки в различных областях. Наша цель - научить ребенка думать .
Ниже программа первого курса, она одинакова для всех возрастов, но делится по уровням сложности (погружения) и скорости прохождения уроков.
Первый год
- Введение в робототехнику (какие бывают роботы, где применяются)
- Изучение механики и составление простейших программ на базе конструктора WeDo
- Знакомство с электричеством (электричество в жизни, источники, проводники изоляторы, электрическая цепь, принципальная схема, компоненты, последовательное и параллельное соединение, короткое замыкание и тд)
- Программирование на языке scratch (основы программирования и построения алгоритмов, типы данных, операторы, переменные, логические блоки, взаимодействие с персонажами (спрайтами), самостоятельное написание программ)
- Работа с датчиками (фоторезистор, датчик расстояния, касания, звука, температуры, отраженного света)
- Исполнительные механизмы (связка датчиков и моторов в программе scratch на примере программируемой платформы, создание алгоритмов движения в зависимости от показателей датчиков (движение по линии, обход препятствия, движение по лабиринту))
- 3d моделирование (навыки работы в 3-х мерном пространстве)
Старший курс
- Навыки работы в интернет – компьютерная безопасность
- Принципы разработки игр (этапы разработки, решение задач, планирование, разработка)
- Работа с микроконтроллером Arduino (работа с макетной платой, чтение показателей датчиков, работа с компонентами, программирование (Arduino IDE, MakeBlock, S4A).
Программа 2-го года
(здесь программа разделяется поскольку у детей уже есть фундамент)
для учеников возраста 6-8 лет
- программирование на языке Scratch – создание игры, конвертация и загрузка приложения в мобильный телефон, использование камеры компьютера, подключение других компонентов (работа с Lego)
- изучение механики при помощи конструктора Lego: ременная, зубчатая, червячная передачи, блок, рычаг, кулачок
- изучение приложения для создания 3d игр (создание ландшафта, программирование видимости и действий персонажа, создание неуправляемых объектов, подсчет очков, условия победы / поражения)
- углубленное изучение 3d проектирования (программа SketchUp)
- изучение возможностей программы для создания игр (импорт моделей, созданных на предыдущем уроке, программирование, создание приложения)
- Продолжаем изучать алгоритмы и программирование на визуальном уровне. Создание приложения для смартфона на базе Android (изучение доступных ресурсов для разработки полноценного приложения, принципы работы, взаимодействие, создание оконных приложений)
для учеников 9-11
- программирование на языке Scratch – работа с камерой (управление движением), подключение к Lego
- знакомство и работа с микроконтроллерами Arduino, работа с датчиками и исполнительными устройствами (программирование)
- знакомство с механизмами разработки и создание игры в трехмерном пространстве
- проекты на Arduino – управление LСD дисплеем (создание часов, проектирование корпуса), сборка и программирование манипулятора, самостоятельное создание и программирование робота из компонентов, система авто полива и т.д.
- изучение среды программирования для телефона, написание программ для Android
для учеников 12+
- работа с микроконтроллерами Arduino, работа с датчиками и исполнительными устройствами (программирование, изучение компоновки на плате)
- программирование на Python – изучение синтаксиса, знакомство с командами, изучение переменных, условия, вычисления, циклы, списки, функции, рекурсия, массивы
- основы физики – знакомство с электрическим током, закон Ома – применение и решение задач, работа и мощность, электродвижущая сила
- углубленное изучение 3d моделирования –программа SketchUp (изучение, проектирование корпуса)
- проекты на Arduino – управление LCD дисплеем (создание часов), создание и программирование вольтметра, самостоятельное создание и программирование робота из электронных компонентов, система авто полива и т.д.
Программа 3-го года
Дети младших возрастов учатся по программе 2-го года старшего возраста.
Программа для старших групп включает изготовление моделей на базе Arduino и изучение языка программирования Phyton, создание приложений для телефонов и создание роботов.
Управление образования и молодежной политики
Администрации Лысковского муниципального района
Нижегородской области
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
средняя школа №3 г. Лысково Нижегородской области
Дополнительная общеобразовательная
общеразвивающая программа
«Робототехника»
Срок обучения: 1 год.
Возраст обучающихся: с 11 лет.
г. Лысково
2015г.
Предмет робототехники - это создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения.
Возникнув на основе кибернетики и механики, робототехника, в свою очередь, породила новые направления развития и самих этих наук. В кибернетике это связано, прежде всего, с интеллектуальным направлением и бионикой как источником новых, заимствованных у живой природы идей, а в механике – с многостепенными механизмами типа манипуляторов.
Робототехника - это проектирование и конструирование всевозможных интеллектуальных механизмов - роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами.
На занятиях робототехники осуществляется работа с образовательными конструкторами серии LEGO Mindstorms. Для создания программы, по которой будет действовать модель, используется специальный язык программирования RoboLab.
Образовательная программа «Робототехника» - это один из интереснейших способов изучения компьютерных технологий и программирования. Во время занятий обучающиеся научатся проектировать, создавать и программировать роботов. Командная работа над практическими заданиями способствует глубокому изучению составляющих современных роботов, а визуальная программная среда позволит легко и эффективно изучить алгоритмизацию и программирование.
В распоряжение детей будут предоставлены Лего-конструкторы, оснащенные специальным микропроцессором, позволяющим создавать программируемые модели роботов. С его помощью обучаемый может запрограммировать робота на выполнение определенных функций.
Дополнительным преимуществом изучения робототехники является создание команды единомышленников и ее участие в олимпиадах по робототехнике, что значительно усиливает мотивацию ребят к получению знаний.
Направленность данной программы научно-техническая.
Актуальность развития этой темы заключается в том, что в настоящий момент в России развиваются нано технологии, электроника, механика и программирование. Т.е. созревает благодатная почва для развития компьютерных технологий и робототехники.
В педагогической целесообразности этой темы не приходится сомневаться, т.к. дети научатся объединять реальный мир с виртуальным. В процессе конструирования и программирования, кроме этого, дети получат дополнительные знания в области физики, механики, электроники и информатики.
Возраст детей, участвующих в реализации данной дополнительной образовательной программы от 11 лет. В коллектив могут быть приняты все желающие, не имеющие противопоказаний по здоровью. Количество обучающихся в объединении – 15 человек (1 группа).
Для реализации программы «Робототехника» необходимо следующее материально-техническое обеспечение:
1. Компьютерный класс – на момент программирования робототехнических средств, программирования контроллеров конструкторов, настройки самих конструкторов, отладки программ, проверки совместной работоспособности программного продукта и модулей конструкторов LEGO.
2. Наборы конструкторов:
LEGO Mindstorm EV3 – 3 шт.;
Программный продукт – по количеству компьютеров в классе;
Поле для проведения соревнования роботов;
Зарядное устройство для конструктора – 3 шт.;
Ящик для хранения конструкторов.
Сроки реализации программы 1 год.
Режим работы, в неделю 1 занятие по 45 минут. Часовая нагрузка 36 часов.
Цель: развитие творческих способностей и формирование раннего профессионального самоопределения подростков и юношества в процессе конструирования и проектирования.
Задачи:
Обучающие:
Дать первоначальные знания по устройству робототехнических устройств;
Научить основным приемам сборки и программирования робототехнических средств;
Сформировать общенаучные и технологические навыки конструирования и проектирования;
Ознакомить с правилами безопасной работы с инструментами необходимыми при конструировании робототехнических средств.
Воспитывающие:
Формировать творческое отношение по выполняемой работе;
Воспитывать умение работать в коллективе.
Развивающие:
Развивать творческую инициативу и самостоятельность;
Развивать психофизиологические качества обучающихся: память, внимание, способность логически мыслить, анализировать, концентрировать внимание на главном.
Прогнозируемый результат:
По окончанию курса обучения ребята должны
ЗНАТЬ:
Теоретические основы создания робототехнических устройств;
Элементную базу, при помощи которой собирается устройство;
Порядок взаимодействия механических узлов робота с электронными и оптическими устройствами;
Порядок создания алгоритма программы действия робототехнических средств;
Правила техники безопасности при работе с инструментом и электрическими приборами.
УМЕТЬ:
Проводить сборку робототехнических средств с применением LEGO конструкторов;
Создавать программы для робототехнических средств при помощи специализированных визуальных конструкторов.
Ожидаемые результаты программы дополнительного образования и способы определения их результативности заключаются в следующем:
Результаты работ учеников будут зафиксированы на фото и видео в момент демонстрации созданных ими роботов из имеющихся в наличии учебных конструкторов по робототехнике;
Несколько моделей роботов примут участие в показательных выступлениях на Творческом отчете.
Основные направления содержания деятельности
Теоретические занятия по изучению робототехники строятся следующим образом:
Заполняется журнал присутствующих на занятиях обучающихся;
Объявляется тема занятий;
Раздаются материалы для самостоятельной работы и повторения;
Теоретический материал педагог дает обучающимся, помимо вербального, классического метода преподавания, при помощи различных современных технологий в образовании (аудио, видео лекции, экранные видео лекции, презентации, интернет, электронные учебники);
Проверка полученных знаний осуществляется при помощи тестирования обучающихся.
Практические занятия проводятся следующим образом:
Педагог показывает конечный результат занятия, т.е. заранее готовит (собирает робота или его часть) практическую работу;
Педагог отдает обучающимся, ранее подготовленные самостоятельно мультимедийные материалы по изучаемой теме, либо показывает где они размещены на его сайте посвященном именно этой теме;
Практические занятия начинаются с правил техники безопасности при работе с различным инструментом и с электричеством и разбора допущенных ошибок во время занятия в обязательном порядке.
Механизм отслеживания результатов
Предусматриваются различные формы подведения итогов реализации дополнительной образовательной программы:
Соревнования;
Учебно-исследовательские конференции (например, научно практическая конференция городских учебно-исследовательских работ)
Отчеты обучающихся со своими работами по телевидению;
Отчеты о проделанной работе в местной прессе;
Отзывы преподавателя и родителей на сайте образовательного учреждения дополнительного образования.
Тема | Количество часов |
|||
всего | теория | практика |
||
Введение | ||||
Конструирование | ||||
Всего | 10,5 | 25,5 |
||
Введение (1 ч.)
Правила поведения и ТБ в кабинете информатики и при работе с конструкторами.
Конструирование (13 ч.)
Правила работы с конструктором Lego.
Основные детали конструктора Lego. Спецификация конструктора.
Сбор непрограммируемых моделей. Знакомство с RCX. Кнопки управления. Инфракрасный передатчик. Передача программы. Запуск программы. Отработка составления простейшей программы по шаблону, передачи и запуска программы. Параметры мотора и лампочки. Изучение влияния параметров на работу модели. Знакомство с датчиками.
И др..
Поурочное планирование
Тема | Часы |
|||
теория | практика |
|||
| ||||
Правила поведения и техника безопасности при работе с конструкторами | ||||
| ||||
Правила работы с конструктором LEGO. Основные детали. Спецификация | ||||
Знакомство с контроллером. Кнопки управления | ||||
Сборка непрограммируемых моделей | ||||
Знакомство с датчиками. Передача и запуск программы | ||||
Составление простейшей программы по шаблону. Передача и запуск программы | ||||
Параметры мотора. Изучение влияния параметров на работу модели | ||||
Знакомство с датчиками. Датчик касания, датчик освещенности | ||||
Сборка робота «Пятиминутка» | ||||
12-13 | Разработка и сборка собственных моделей | |||
Демонстрация моделей | ||||
| ||||
Визуальные языки программирования. Разделы программы, уровни сложности | ||||
Передача и запуск программы | ||||
Команды Lab View. Окно инструментов. Изображение команд в программе и на схеме | ||||
Знакомство с основными командами | ||||
Составление программы по шаблону | ||||
Сборка модели с использованием мотора | ||||
Составление программы, передача, демонстрация | ||||
22-23 | Линейная и циклическая программа | |||
Составление программы с использованием параметров, зацикливание программы. Знакомство с датчиками. Условие, условный переход. | ||||
25-26 | Датчик касания (Знакомство с командами: жди нажато, жди отжато, количество нажатий) | |||
27-28 | Экскурсия в музей «Кварки» | |||
Выработка и утверждение тем проектов | ||||
30-35 | Конструирование модели, ее программирование группой разработчиков |
| Мультимедиа презентации; Интернет ресурсы |
|
Конструирование | Беседа Практическая работа |
| Мультимедиа презентации; Интернет ресурсы |
|
Программирование | Беседа Практическая работа Экскурсия |
| Мультимедиа презентации; Интернет ресурсы |
|
Проектная деятельность в группах | Беседа Практическая работа |
| Мультимедиа презентации; Интернет ресурсы |
|
Список литературы для педагога
С.А. Вортников «Информационные устройства робототехнических систем»
Список литературы для обучающихся.
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Голышмановская средняя общеобразовательная школа № 4»
Рабочая программа по внеурочной деятельности
«Робототехника и лего конструирование»
составитель:
Кузьминых И. Г.
учитель физики МАОУ
«Голышмановская СОШ № 4»
р. п. Голышманово
рецензенты:
Парунина Л. В.
канд. пед. наук, заведующая
школьным отделением ГАПОУ ТО
Байтимерова Л. С.
канд. пед. наук, заведующая
цикловой комиссией математических
и естественных дисциплин ГАПОУ ТО
«Тюменский педагогический колледж»
Рабочая программа по внеурочной деятельности
«Робототехника и лего конструирование»
Пояснительная записка
Современный этап развития общества характеризуется ускоренными темпами освоения техники и технологий. Непрерывно требуются новые идеи для создания конкурентоспособной продукции, подготовки высококвалифицированных кадров. Внешние условия служат предпосылкой для реализации творческих возможностей личности, имеющей в биологическом отношении безграничный потенциал.
Школьное образование должно соответствовать целям опережающего развития. Для этого в школе должно быть обеспечено
изучение не только достижений прошлого, но и технологий, которые пригодятся в будущем,
обучение, ориентированное как на знаниевый, так и деятельностный аспекты содержания образования.
Таким требованиям отвечает робототехника.
В наше время робототехники и компьютеризации подростков необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и запрограммировать. Предмет робототехники – это создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения.
Направленность программы - научно-техническая. Программа направлена на привлечение учащихся к современным технологиям конструирования , программирования и использования роботизированных устройств.
Введение дополнительной образовательной программы «Робототехника» в школе неизбежно изменит картину восприятия учащимися технических дисциплин, переводя их из разряда умозрительных в разряд прикладных. Применение детьми на практике теоретических знаний, полученных на математике или физике, ведет к более глубокому пониманию основ, закрепляет полученные навыки, формируя образование в его наилучшем смысле.
Нормативные правовые документы, на основании которых разработана рабочая программа:
учебного плана МАОУ «ГСШО № 4»;
закона об образовании.
Место программы «Роботехника и лего конструирование» в учебном плане
Данная программа и составленное тематическое планирование рассчитано на 34 часа (1 час в неделю) во 2 – 4 классах и на 34 часа (1 час в неделю) во 5 – 8 классах.
Для реализации программы д анный курс обеспечен наборами-лабораториями Лего серии Образование "Конструирование первых роботов" (Артикул: 9580 Название:WeDo™ RoboticsConstructionSet Год выпуска: 2009) и диском с программным обеспечением для работы с конструктором ПервоРобот LEGO® WeDo™ (LEGO EducationWeDo), компьютерами, принтером, сканером, видео оборудованием. В качестве базового оборудования для старшей группы используются конструкторы Lego Mindstorms NXT, 0 и визуальной среды программирования для обучения робототехнике LEGO MINDSTORMS Education NXT которые позволяют через занятия робототехникой познакомить подростка с законами реального мира и особенностями функционирования восприятия этого мира кибернетическими механизмами.
Использование современных разработок по робототехнике в области образования, организация на их основе активной внеурочной деятельности учащихся
Реализация межпредметных связей с физикой, информатикой и математикой
Решение учащимися ряда кибернетических задач, результатом каждой из которых будет работающий механизм или робот с автономным управлением
Развитие у школьников инженерного мышления, навыков конструирования, программирования и эффективного использования кибернетических систем
Развитие мелкой моторики, внимательности, аккуратности и изобретательности
Развитие креативного мышления и пространственного воображения учащихся
Повышение мотивации учащихся к изобретательству и созданию собственных роботизированных систем
Формирование у учащихся стремления к получению качественного законченного результата
Формирование навыков проектного мышления, работы в команде
Актуальность данной программы состоит в том, что робототехника в школе способствует развитию коммуникативных способностей обучающихся, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Дети и подростки лучше понимают, когда они что-либо самостоятельно создают или изобретают. При проведении занятий по робототехнике этот факт не просто учитывается, а реально используется на каждом занятии.
Реализация этой программы помогает развитию коммуникативных навыков учащихся за счет активного взаимодействия детей в ходе групповой проектной деятельности.
Новизна программы
заключается в изменении подхода к обучению подростков, а именно – внедрению в образовательный процесс новых информационных технологий, сенсорное развитие интеллекта учащихся, который реализуется в телесно-двигательных играх, побуждающих учащихся решать самые разнообразные познавательно-продуктивные, логические, эвристические и манипулятивно-конструкторские проблемы.
В наше время робототехники и компьютеризации подростков необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и запрограммировать.
8 - 10 лет – основная группа
11 -15 лет – старшая группа
Основная группа
Цель – обучение основам робототехники
Для эффективного развития технического мышления школьников, целенаправленного развития способностей инженерно-технического направления.
1. Стимулировать мотивацию учащихся к получению знаний, помогать формировать творческую личность ребенка
2. Способствовать развитию интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям, формировать навыки коллективного труда
3. Прививать навыки программирования через разработку программ в визуальной среде программирования, развивать алгоритмическое мышление
В основе обучающего материала лежит изучение основных принципов механической передачи движения и элементарное программирование. Работая индивидуально, парами, или в командах, учащиеся младшего школьного возраста могут учиться создавать и программировать модели, проводить исследования, составлять отчёты и обсуждать идеи, возникающие во время работы с этими моделями.
На каждом занятии, используя привычные элементы LEGO, а также мотор и датчики, ученик конструирует новую модель, посредством USB-кабеля подключает ее к ноутбуку и программирует действия робота . В ходе изучения курса учащиеся развивают мелкую моторику кисти, логическое мышление, конструкторские способности, овладевают совместным творчеством, практическими навыками сборки и построения модели, получают специальные знания в области конструирования и моделирования, знакомятся с простыми механизмами.
Комплект заданий WeDo предоставляет средства для достижения целого комплекса образовательных задач :
творческое мышление при создании действующих моделей;
развитие словарного запаса и навыков общения при объяснении работы модели;
установление причинно-следственных связей;
анализ результатов и поиск новых решений;
коллективная выработка идей, упорство при реализации некоторых из них;
экспериментальное исследование, оценка (измерение) влияния отдельных факторов;
проведение систематических наблюдений и измерений;
использование таблиц для отображения и анализа данных;
написание и воспроизведение сценария с использованием модели для наглядности и драматургического эффекта;
развитие мелкой мускулатуры пальцев и моторики кисти младших школьников.
Изучение каждой темы предполагает выполнение небольших проектных заданий (сборка и программирование своих моделей).
Обучение с LEGO® Education всегда состоит из 4 этапов:
Установление взаимосвязей,
Конструирование,
Рефлексия,
Развитие.
Установление взаимосвязей . При установлении взаимосвязей учащиеся как бы «накладывают» новые знания на те, которыми они уже обладают, расширяя, таким образом, свои познания. К каждому из заданий комплекта прилагается анимированная презентация с участием фигурок героев – Маши и Макса.
Конструирование. Работа с продуктами LEGO Education базируется на принципе практического обучения: сначала обдумывание, а затем создание моделей. В каждом задании комплекта для этапа «Конструирование» приведены подробные пошаговые инструкции.
Рефлексия . В разделе «Рефлексия» учащиеся исследуют, какое влияние на поведение модели оказывает изменение ее конструкции: они заменяют детали, проводят расчеты, измерения, оценки возможностей модели, создают отчеты, проводят презентации. На этом этапе учитель получает прекрасные возможности для оценки достижений учеников.
Развитие. В раздел «Развитие» для каждого занятия включены идеи по созданию и программированию моделей с более сложным поведением.
Программное обеспечение конструктора ПервоРобот LEGO® WeDo™ (LEGO Education WeDo Software) предназначено для создания программ путём перетаскивания Блоков из Палитры на Рабочее поле и их встраивания в цепочку программы. Для управления моторами, датчиками наклона и расстояния, предусмотрены соответствующие Блоки. Кроме них имеются и Блоки для управления клавиатурой и дисплеем компьютера, микрофоном и громкоговорителем. Программное обеспечение автоматически обнаруживает каждый мотор или датчик, подключенный к портам LEGO® - коммутатора. Раздел «Первые шаги» программного обеспечения WeDo знакомит с принципами создания и программирования LEGO-моделей 2009580 ПервоРобот LEGO WeDo. Комплект содержит 12 заданий. Все задания снабжены анимацией и пошаговыми сборочными инструкциями.
Формы организации занятий
комбинированные занятия.
Основные методы обучения , применяемые в прохождении программы в начальной школе:
1. Устный.
2. Проблемный.
3. Частично-поисковый.
4. Исследовательский.
5. Проектный.
6.. Формирование и совершенствование умений и навыков (изучение нового материала, практика).
7. Обобщение и систематизация знаний (самостоятельная работа, творческая работа, дискуссия).
8. Контроль и проверка умений и навыков (самостоятельная работа).
9. Создание ситуаций творческого поиска.
10. Стимулирование (поощрение).
защита итоговых проектов;
участие в школьных и городских научно-практических конференциях (конкурсах исследовательских работ).
В области воспитания:
адаптация ребёнка к жизни в социуме, его самореализация;
развитие коммуникативных качеств;
приобретение уверенности в себе;
формирование самостоятельности, ответственности, взаимовыручки и взаимопомощи.
знание основных принципов механической передачи движения ;
умение работать по предложенным инструкциям;
умения творчески подходить к решению задачи;
умения довести решение задачи до работающей модели;
умение излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений;
умение работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности.
Учащийся должен знать/понимать:
влияние технологической деятельности человека на окружающую среду и здоровье;
область применения и назначение инструментов, различных машин, технических устройств (в том числе компьютеров);
основные источники информации;
виды информации и способы её представления;
основные информационные объекты и действия над ними;
назначение основных устройств компьютера для ввода, вывода и обработки информации;
правила безопасного поведения и гигиены при работе с компьютером.
Уметь:
получать необходимую информацию об объекте деятельности, используя рисунки, схемы, эскизы, чертежи (на бумажных и электронных носителях);
создавать и запускать программы для забавных механизмов;
основные понятия, использующие в робототехнике: мотор, датчик наклона, датчик расстояния, порт, разъем, USB -кабель, меню, панель инструментов.
для:
поиска, преобразования, хранения и применения информации (в том числе с использованием компьютера) для решения различных задач;
соблюдения правил личной гигиены и безопасности приёмов работы со средствами информационных и коммуникационных технологий.
Учебно - тематический план
Наименование разделов
Количество часов
практика
Раздел 1.Введение
2
Раздел 2. Изучение механизмов
2
Раздел 3. Изучение датчиков и моторов
3
Раздел 4. Программирование WeDo
3
Раздел 5. механизмов.
20
Раздел 6. Разработка, сборка и программирование своих моделей
4
34
№ занятия
Тема занятия
Теоретическая часть
Практическая часть
Вводное занятие
Понятие «робот», «робототехника». Применение роботов в различных сферах жизни человека, значение робототехники. Просмотр видеофильма об использовании роботов. Техника безопасности
Введение. Знакомство с конструктором Лего. Что входит в 9580 Конструктор ПервоРобот LEGO® WeDo™. Организация рабочего места.
Изучение механизмов
Как работать с инструкцией. Проектирование моделей-роботов. Символы. Терминология.
Показ действующей модели робота и его программ: на основе датчика освещения, ультразвукового датчика, датчика касания.
Изучение датчиков и моторов
Среда конструирования. О сборке и программировании.
Мотор и ось. Зубчатые колеса. Промежуточное зубчатое колесо. Понижающая и повышающая зубчатые передачи. Датчики наклона, касания, расстояния. Увеличение и снижение скорости
Программирование WeDo
Среда программирования. О сборке и программировании.
Блок «Цикл».
Блок «Прибавить к экрану», «Вычесть из Экрана». Блок «Начать при получении письма»
Забавные механизмы
1. Танцующие птицы
2. Умная вертушка 3. Порхающая птица
Разработка, сборка и программирование механизмов
Сравнение механизмов. Танцующие птицы, умная вертушка, порхающая птица, (сборка, программирование, измерения и расчеты).
Звери 1.Голодный аллигатор 2. Рычащий лев
3.Обезьянка-барабанщица
Разработка, сборка и программирование механизмов
Сравнение механизмов. Голодный аллигатор, рычащий лев обезьянка-барабанщица, (сборка, программирование, измерения и расчеты).
Футбол
1.Нападающий
2.Вратарь
3.Ликующие болельщики
Создание отчета, презентации, придумывание сюжета для представления модели.
Создание и программирование моделей. Создание моделей с использованием ресурсных
Приключения 1.Спасение самолета 2. Спасение от великана 3. Непотопляемый парусник
Написание и обыгрывание сценария «Приключение Маши и Макса» с использованием трех моделей (из раздела «Приключения»)
Развитие (создание и программирование) модели с более сложным поведением.
Разработка, сборка и программирование своих моделей
Конкурс конструкторских идей. Создание и программирование собственных механизмов и моделей с помощью набора Лего
Разработка индивидуальных моделей с использованием ресурсных моделей ЛЕГО.
Старшая группа
Конструктор LEGO Mindstorms позволяет школьникам в форме познавательной игры узнать многие важные идеи и развить необходимые в дальнейшей жизни навыки. Занятия по программе формируют специальные технические умения, развивают аккуратность, усидчивость, организованность, нацеленность на результат. Работает Lego Mindstorms на базе компьютерного контроллера NXT, который представляет собой двойной микропроцессор, Flash-памяти в каждом из которых более 256 кбайт, Bluetooth-модуль, USB-интерфейс, а также экран из жидких кристаллов, блок батареек, громкоговоритель, порты датчиков и сервоприводов. Именно в NXT заложен огромный потенциал возможностей конструктора lego Mindstorms. Память контроллера содержит программы, которые можно самостоятельно загружать с компьютера. Информацию с компьютера можно передавать как при помощи кабеля USB, так и используя Bluetooth. Кроме того, используя Bluetooth можно осуществлять управление роботом при помощи мобильного телефона. Для этого потребуется всего лишь установить специальное java-приложение.
Цель : развитие научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка путём организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники.
Задачи:
1.
Развитие у школьников инженерного мышления, навыков конструирования, программирования и эффективного использования кибернетических систем.
2. Реализация межпредметных связей с информатикой и математикой
3. Решение учащимися ряда кибернетических задач, результатом каждой из которых будет работающий механизм или робот с автономным управлением
Обоснование выбора данной программы.
Р еализация программы осуществляется с использование методических пособий, специально разработанных фирмой "LEGO" для преподавания технического конструирования на основе своих конструкторов. Настоящий курс предлагает использование образовательных конструкторов Lego Mindstorms NXT как инструмента для обучения школьников конструированию, моделированию и компьютерному управлению на уроках робототехники. Курс предполагает использование компьютеров совместно с конструкторами. Важно отметить, что компьютер используется как средство управления моделью; его использование направлено на составление управляющих алгоритмов для собранных моделей. Учащиеся получают представление об особенностях составления программ управления, автоматизации механизмов, моделировании работы систем. Методические особенности реализации программы предполагают сочетание возможности развития индивидуальных творческих способностей и формирование умений взаимодействовать в коллективе, работать в группе.
Структура и содержание программы
В структуре изучаемой программы выделяются следующие основные разделы:
Знакомство с конструктором, основными деталями и принципами крепления.
Создание простейших механизмов, описание их назначения и принципов работы. Создание трехмерных моделей механизмов в среде визуального проектирования. Силовые машины. Использование встроенных возможностей микроконтроллера: просмотр показаний датчиков, простейшие программы, работа с файлами.
Знакомство со средой программирования Robolab.
Базовые команды управления роботом, базовые алгоритмические конструкции. Простейшие регуляторы: релейный, пропорциональный. Использование регуляторов. Решение задач с двумя контурами управления или с дополнительным заданием для робота (например, двигаться по линии и объезжать препятствия).
Освоение текстового программирования в среде RobotC.
Исследовательский подход к решению задач. Использование памяти робота для повторения комплексов действий. Элементы технического зрения. Расширения контроллера для получения дополнительных возможностей робота. Работа над творческими проектами. Участие в учебных состязаниях.
Формы организации занятий
Основными формами учебного процесса являются:
групповые учебно-практические и теоретические занятия;
работа по индивидуальным планам (исследовательские проекты);
участие в соревнованиях между группами;
комбинированные занятия.
Основные методы обучения , применяемые в прохождении программы, основываются на педагогических технологиях:
Сотрудничество.
Проектный метод обучения.
Технологии использования в обучении игровых методов.
Информационно-коммуникационные технологии.
Частично-поисковый.
Исследовательский.
Создание ситуаций творческого поиска.
Стимулирование (поощрение).
Формы подведения итога реализации программы
защита итоговых проектов;
участие в конкурсах на лучший сценарий и презентацию к созданному проекту;
участие в школьных конференциях (конкурсах исследовательских работ).
Ожидаемые результаты изучения курса
Осуществление целей и задач программы предполагает получение конкретных результатов:
В области воспитания:
Воспитательный результат занятий робототехникой можно считать достигнутым, если учащиеся проявляют стремление к самостоятельной работе, усовершенствованию известных моделей и алгоритмов, созданию творческих проектов. Самостоятельная подготовка к состязаниям, стремление к получению высокого результата.
В области конструирования, моделирования и программирования:
Знакомство с языком Си. Расширенные возможности текстового программирования. Умение составить программу для решения многоуровневой задачи. Процедурное программирование. Использование нестандартных датчиков и расширений контроллера. Умение пользоваться справочной системой и примерами.
Способность к постановке задачи и оценке необходимых ресурсов для ее решения. Планирование проектной деятельности, оценка результата. Исследовательский подход к решению задач, поиск аналогов, анализ существующих решений.
Требования к уровню подготовки обучающихся:
По окончанию курса обучения учащиеся должны
Знать :
Теоретические основы создания робототехнических устройств;
Элементную базу при помощи которой собирается устройство;
Порядок взаимодействия механических узлов робота с электронными и оптическими устройствами;
Порядок создания алгоритма программы действия робототехнических средств;
Правила техники безопасности при работе с инструментом и электрическими приборами.
Уметь:
Проводить сборку робототехнических средств с применением LEGO конструкторов;
Создавать программы для робототехнических средств при помощи специализированных визуальных конструкторов.
Использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:
использовать компьютерные программы для решения учебных и практических задач;
соблюдения безопасности приёмов работы со средствами информационных и коммуникационных технологий.
Учебно - тематический план
Наименование разделов
Количество часов
практика
Раздел 1. Введение: информатика, кибернетика, робототехника. Инструктаж по ТБ
2
Раздел 2. Основы конструирования Изучение механизмов
3
Раздел 3. Программирование
4
Раздел 4. Разработка, сборка и программирование моделей.
20
Раздел 5. Творческие проекты. Разработка, сборка и программирование своих моделей.
5
34
№ занятия
Тема занятия
Теоретическая часть
Практическая часть
Робототехника для начинающих, базовый уровень
Основы робототехники.
Понятия: датчик, интерфейс, алгоритм и т.п.
Понятие «робот», «робототехника». Применение роботов в различных сферах жизни человека, значение робототехники. Просмотр видеофильма о роботизированных системах.
Показ действующей модели робота и его программ: на основе датчика освещения, ультразвукового датчика, датчика касания
Ознакомление с комплектом деталей для изучения робототехники: контроллер, сервоприводы, соединительные кабели, датчики-касания, ультразвуковой, освещения. Порты подключения. Создание колесной базы на гусеницах
Твой конструктор (состав, возможности)
Основные детали (название и назначение)
Датчики (назначение, единицы измерения)
Двигатели
Микрокомпьютер NXT
Аккумулятор (зарядка, использование)
Как правильно разложить детали в наборе
Компьютерная база ФМЛ, Конструктор 9797 ”Lego Mindstorms NXT”
ПО ”Lego Mindstorms NXT Edu”, дополнительные датчики.
Соединительные элементы.
Конструкционные элементы.
Специальные детали.
Электронные компоненты
Микропроцессорный модуль NXT с батарейным блоком.
Три мотора со встроенными датчиками.
Ультразвуковой датчик (датчик расстояния).
Датчик касания.
Датчик звука – микрофон.
Датчик освещенности.
Моя первая программа
Программное обеспечение NXT
Требования к системе.
Установка программного обеспечения.
Интерфейс программного обеспечения.
Понятие «программа», «алгоритм». Алгоритм движения робота по кругу, вперед-назад, «восьмеркой» и пр.
Написание программы для движения по кругу через меню контроллера. Запуск и отладка программы. Написание других простых программ на выбор учащихся и их самостоятельная отладка.
Ознакомление с визуальной средой программирования
Палитра программирования. Панель настроек.
Понятие «среда программирования», «логические блоки».
Программирование и робототехника.
Показ написания простейшей программы для робота.
Интерфейс программы LEGO MINDSTORMS Education NXT и работа с ним. Написание программы для воспроизведения звуков и изображения по образцу
Робот в движении.
Сборка модели по технологическим картам.
Составление простой программы для модели, используя встроенные возможности NXT (программа из ТК + задания на понимание принципов создания программ)
Написание линейной программы.
Понятие «мощность мотора», «калибровка». Применение блока «движение» в программе.
Создание и отладка программы для движения с ускорением, вперед-назад. «Робот-волчок». Плавный поворот, движение по кривой.
Программа с циклом
Написание программы с циклом. Понятие «цикл».
Использование блока «цикл» в программе.
Создание и отладка программы для движения робота по «восьмерке»
Робот движется по окружности, в произвольном направлении
Понятие «генератор случайных чисел». Использование блока «случайное число» для управления движением робота
Создание программы для движения робота по случайной траектории
Робот движется по заданной линии
Теория движения робота по сложной траектории
Написание программы для движения по контуру треугольника, квадрата
Робот, повторяющий воспроизведенные действия
Промышленные манипуляторы и их отладка. Блок «записи/воспроизведения»
Робот, записывающий траекторию движения и потом точно её воспроизводящий
Робот, определяющий расстояние до препятствия
Ультразвуковой датчик
Робот, останавливающийся на определенном расстоянии до препятствия. Робот-охранник
Ультразвуковой датчик управляет роботом
Робот, реагирующий на звук.
Цикл и прерывания. Применение регуляторов.
Создание и отладка программы для движения робота внутри помещения и самостоятельно огибающего препятствия.
Робот-прилипала
Программа с вложенным циклом. Подпрограмма.
Поиск объектов.
Слежение за объектом.
Основы технического зрения.
Команды управления движением.
Робот, следящий за протянутой рукой и выдерживающий требуемое расстояние. Настройка иных действий в зависимости от показаний ультразвукового датчика
Использование нижнего датчика освещенности
Яркость объекта, отраженный свет, освещенность, распознавание цветов роботом.
Робот, останавливающийся на черной линии. Робот, начинающий двигаться по комнате, когда включается свет.
Движение вдоль линии
Калибровка датчика освещенности
Робот, движущийся вдоль черной линии.
Соревнования роботов
Робототехнические соревнования
Соревнования роботов. Зачет времени и количества ошибок
Робот с несколькими датчиками
Датчик касания, освещения, звука.
Создание робота и его программы с задним датчиком касания и передним ультразвуковым.
Футбол роботов
Программирование коллективного поведения и удаленного управления. Простейший искусственный интеллект.
Командные игры с использованием инфракрасного мяча и других вспомогательных устройств.
Защита проекта «Мой собственный уникальный робот»
Трехмерное моделирование.
Удаленное управление по bluetooth.
Создание собственных роботов учащимися и их презентация.
Бабич А.В., Баранов А.Г., Калабин И.В. и др. Промышленная робототехника: Под редакцией Шифрина Я.А. – М.: Машиностроение, 2002.
Юревич Ю.Е. Основы робототехники. Учебное пособие. Санкт-Петербург: БВХ-Петербург, 2005.
http:// www. legoeducation. info/ nxt/ resources/ building- guides/
http://www.legoengineering.com/
Журнал «Компьютерные инструменты в школе», подборка статей за 2010 г. «Основы робототехники на базе конструктора Lego Mindstorms NXT».
Я, робот. Айзек Азимов. Серия: Библиотека приключений. М: Эксмо, 2002.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Направленность программы – техническая. Отличительная особенность данной дополнительной общеобразовательной программы от уже существующих дополнительных образовательных программ в том, что при осваивании приемов проектирования и конструирования, обучающиеся приобретают опыт создания реальных и виртуальных демонстрационных моделей. Рабочая программа кружка «Роботостроение»
адаптирована под конструктор с платформой LEGO MINDSTORMS Education EV3. Программа направлена на использование конструктора LEGO EV3 и позволяет создать уникальную образовательную среду, которая способствует развитию инженерного, конструкторского мышления. В процессе работы с LEGO EV3 обучающиеся приобретают опыт решения как типовых, так и нешаблонных задач по конструированию, программированию, сбору данных. Кроме того, работа в команде способствует формированию умения взаимодействовать с обучающимися, формулировать, анализировать, критически оценивать, отстаивать свои идеи. LEGO EV3 обеспечивает простоту при сборке начальных моделей, что позволяет обучающимся получить результат в пределах одного или пары уроков. И при этом возможности в изменении моделей и программ – очень широкие, и такой подход позволяет учащимся усложнять модель и программу, проявлять самостоятельность в изучении темы. Программное обеспечение LEGO MINDSTORMS Education EV3 обладает очень широкими возможностями, в частности, позволяет вести рабочую тетрадь и представлять свои проекты прямо в среде программного обеспечения LEGO EV3. Актуальность. Одной из важных проблем в России являются её недостаточная обеспеченность инженерными кадрами и низкий статус инженерного образования. Сейчас необходимо вести популяризацию профессии инженера. Интенсивное использование роботов в быту, на производстве и поле боя требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами, что позволит развивать новые, умные, безопасные и более продвинутые автоматизированные системы. Необходимо прививать интерес обучающихся к области робототехники и автоматизированных систем.
В связи с этим возникает необходимость в:
1. Развитии личности обучающегося посредством формирования коммуникативной и социальной компетентности, творческого и алгоритмического мышления, самостоятельности и активности в учебной деятельности, формирования информационной культуры ученика.
2. Повышении эффективности учебно-воспитательного процесса через максимальное использование всех возможностей информационных технологий обучения для стимулирования мотиваций познания, инициативности познавательной деятельности обучающихся. Педагогическая целесообразность. Необходимость прививать интерес обучающимся к области роботостроения и автоматизированных систем. Цель программы: Изучение программы «Роботостроение» на уровне начального и основного общего образования направлено на достижение следующей цели: развитие интереса обучающихся к технике и техническому творчеству. Задачи:
3
1. Познакомить с практическим освоением технологий проектирования, моделирования и изготовления простейших технических моделей. 2. Развивать творческие способности и логическое мышление. 3. Выявить и развить природные задатки и способности детей, помогающие достичь успеха в техническом творчестве.
Возраст обучающихся, участвующих в реализации данной образовательной программы: от 9 до 14 лет. Дети данного возраста способны выполнять задания по образцу, а так же после изучения блока темы выполнять творческое репродуктивное задание. Для проведения занятий планируется свободный набор в группы в начале учебного года. Состав группы – постоянный. Количество детей в группе – 15 человек.
1 группа – 3-4 классы
2 группа -5-9 классы. Срок реализации программы Количество учебных недель – 35 часов. Количество не учебных недель – 5 часов. Количество часов в неделю -1 час.
Общая продолжительность составляет 40 часов. Программа рассчитана на 1 год обучения.
Формы и режим занятий Формы организации занятий: беседа; урок-консультация; практикум; урок-проект; выставка; соревнование.
Разработка каждого проекта реализуется в форме выполнения конструирования и программирования модели робота для решения предложенной задачи. Формы занятий и методы обучения:
Программа предусматривает использование следующих форм работы: фронтальная – подача учебного материала всему коллективу. индивидуально – самостоятельная работа обучающихся с оказанием учителем помощи при возникновении затруднения, не уменьшая активности обучающихся и содействуя выработки навыков самостоятельной работы. групповая – когда учащимся предоставляется возможность самостоятельно построить свою деятельность на основе принципа взаимозаменяемости, ощутить помощь со стороны друг друга, учесть возможности каждого на конкретном этапе деятельности. Всё это способствует более быстрому и качественному выполнению задания. Особым приёмом при организации групповой формы работы является ориентирование обучающихся на создание так называемых минигрупп по желанию с учётом их возраста и опыта работы. Используется при совместной сборке моделей, а также при разработке проектов. 1. Метод проектов (при усвоении и творческом применении навыков и умений в процессе разработки собственных моделей). 2. Контрольный метод (при выявлении качества усвоения знаний, навыков и умений и их коррекция в процессе выполнения практических заданий).
4
При организации практических занятий и творческих проектов формируются малые группы, состоящие из 2-3 обучающихся. Для каждой группы выделяется отдельное рабочее место, состоящее из компьютера и конструктора.
Режим занятий:
Организационный момент (1-2 мин).
Разминка: короткие логические, математические задачи и задачи на развитие внимания (2-4 мин).
Разбор нового материала (6-8 мин).
Физкультминутка (1-2 мин).
Работа с конструктором (30 мин).
Подведение итогов занятия (1 мин). Ожидаемые результаты, формируемы УУД и способы их проверки Стимулировать мотивацию обучающихся к получению знаний, помогать формировать творческую личность. Способствовать развитию интереса к технике, конструированию, программированию, высоким технологиям, формировать навыки коллективного труда. Сформировать навыки конструирования и программирования роботов. Сформировать мотивацию к осознанному выбору инженерной направленности обучения в дальнейшем. Подведение итогов работы проходит в форме общественной презентации (выставка, состязание, конкурс, конференция и т.д.). Для реализации программы используются образовательные конструкторы фирмы Lego, конструктор LEGO MINDSTORMS Education EV3. Он представляет собой набор конструктивных деталей, позволяющих собрать многочисленные варианты механизмов, набор датчиков, двигатели и микрокомпьютер EV3, который управляет всей построенной конструкцией. C конструктором LEGO MINDSTORMS Education EV3 идет необходимое программное обеспечение. В результате изучения программы обучающиеся должны: знать/понимать: 1. Роль и место робототехники в жизни современного общества; 2. Основные сведение из истории развития робототехники в России и мире; 3. Основных понятия робототехники, основные технические термины, связанные с процессами конструирования и программирования роботов; 4. Правила и меры безопасности при работе с электроинструментами; 5. Общее устройство и принципы действия роботов; 6. Основные характеристики основных классов роботов; 7. Общую методику расчета основных кинематических схем; 8. Порядок отыскания неисправностей в различных роботизированных системах; 9. Методику проверки работоспособности отдельных узлов и деталей; 10. Основы популярных языков программирования; 11. Правила техники безопасности при работе в кабинете оснащенным электрооборудованием; 12. Основные законы электрических цепей, правила безопасности при работе с электрическими цепями, основные радиоэлектронные компоненты; 13. Определения робототехнического устройства, наиболее распространенные ситуации, в которых применяются роботы;
5
14. Иметь представления о перспективах развития робототехники, основные компоненты программных сред; 15. Основные принципы компьютерного управления, назначение и принципы работы цветового, ультразвукового датчика, датчика касания, различных исполнительных устройств; 16. Различные способы передачи механического воздействия, различные виды шасси, виды и назначение механических захватов. уметь 1. Собирать простейшие модели с использованием EV3; 2. Самостоятельно проектировать и собирать из готовых деталей манипуляторы и роботов различного назначения; 3. Использовать для программирования микрокомпьютер EV3 (программировать на дисплее EV3) 4. Владеть основными навыками работы в визуальной среде программирования, программировать собранные конструкции под задачи начального уровня сложности; 5. Разрабатывать и записывать в визуальной среде программирования типовые управления роботом; 6. Пользоваться компьютером, программными продуктами, необходимыми для обучения программе; 7. Подбирать необходимые датчики и исполнительные устройства, собирать простейшие устройства с одним или несколькими датчиками, собирать и отлаживать конструкции базовых роботов; 8. Правильно выбирать вид передачи механического воздействия для различных технических ситуаций, собирать действующие модели роботов, а также их основные узлы и системы; 9. Вести индивидуальные и групповые исследовательские работы. Познавательная деятельность Использование для познания окружающего мира различных методов (наблюдение, измерение, опыт, эксперимент, моделирование и др.). Определение структуры объекта познания, поиск и выделение значимых функциональных связей и отношений между частями целого. Умение разделять процессы на этапы, звенья; выделение характерных причинно-следственных связей. Определение адекватных способов решения учебной задачи на основе заданных алгоритмов. Комбинирование известных алгоритмов деятельности в ситуациях, не предполагающих стандартное применение одного из них. Сравнение, сопоставление, классификация, ранжирование объектов по одному или нескольким предложенным основаниям, критериям. Умение различать факт, мнение, доказательство, гипотезу, аксиому. Исследование несложных практических ситуаций, выдвижение предположений, понимание необходимости их проверки на практике. Использование практических и лабораторных работ, несложных экспериментов для доказательства выдвигаемых предположений; описание результатов этих работ. Творческое решение учебных и практических задач: умение мотивированно отказываться от образца, искать оригинальные решения; самостоятельное выполнение различных творческих работ; участие в проектной деятельности. Информационно-коммуникативная деятельность
6
Адекватное восприятие устной речи и способность передавать содержание прослушанного текста в сжатом или развернутом виде в соответствии с целью учебного задания. Осознанное беглое чтение текстов различных стилей и жанров, проведение информационно-смыслового анализа текста. Использование различных видов чтения (ознакомительное, просмотровое, поисковое и др.). Владение монологической и диалогической речью. Умение вступать в речевое общение, участвовать в диалоге (понимать точку зрения собеседника, признавать право на иное мнение). Создание письменных высказываний, адекватно передающих прослушанную и прочитанную информацию с заданной степенью свернутости (кратко, выборочно, полно). Составление плана, тезисов, конспекта. Приведение примеров, подбор аргументов, формулирование выводов. Отражение в устной или письменной форме результатов своей деятельности. Умение перефразировать мысль (объяснять «иными словами»). Выбор и использование выразительных средств языка и знаковых систем (текст, таблица, схема, аудиовизуальный ряд и др.) в соответствии с коммуникативной задачей, сферой и ситуацией общения. Использование для решения познавательных и коммуникативных задач различных источников информации, включая энциклопедии, словари, Интернет-ресурсы и другие базы данных. Рефлексивная деятельность Самостоятельная организация учебной деятельности (постановка цели, планирование, определение оптимального соотношения цели и средств и др.). Владение навыками контроля и оценки своей деятельности, умением предвидеть возможные последствия своих действий. Поиск и устранение причин возникших трудностей. Оценивание своих учебных достижений, поведения, черт своей личности, своего физического и эмоционального состояния. Осознанное определение сферы своих интересов и возможностей. Соблюдение норм поведения в окружающей среде, правил здорового образа жизни. Владение умениями совместной деятельности: согласование и координация деятельности с другими ее участниками; объективное оценивание своего вклада в решение общих задач коллектива; учет особенностей различного ролевого поведения (лидер, подчиненный и др.).
Оценивание своей деятельности с точки зрения нравственных, правовых норм, эстетических ценностей. Использование своих прав и выполнение своих обязанностей как гражданина, члена общества и учебного коллектива.
Планируется использование следующих методов отслеживания результативности:
- Педагогическое наблюдение.
- Педагогический анализ результатов анкетирования, тестирования, зачѐтов, взаимозачѐтов, опросов, выполнения учащимися диагностических заданий, участия воспитанников в мероприятиях (выставках, конкурсах), защиты проектов, решения
задач поискового характера, активности обучающихся на занятиях и т.п.
Для отслеживания результативности планируется использовать:
– Оформление фотоотчета;
– Пополнение портфолио обучающихся.
7
Формы подведения итогов реализации программы Итогом изучения программы служит групповой проект, который выбирается обучающимися самостоятельно или из предложенных тем. Планируется организация выставки «Мой первый робот», на которой обучающиеся покажут работу своего робота и расскажут о своей работе над этим проектом. Примерные темы проектов:
1. Спроектируйте и постройте автономного робота, который движется по правильному многоугольнику и измеряет расстояние и скорость.
2. Спроектируйте и постройте автономного робота, который может передвигаться:
на расстояние 30 см;
используя для передвижения колеса;
а также может отображать на экране пройденное им расстояние.
3. Спроектируйте и постройте автономного робота, который может перемещаться и:
вычислять среднюю скорость;
а также может отображать на экране свою среднюю скорость.
4. Спроектируйте и постройте автономного робота, который может передвигаться:
на расстояние не менее 30 см;
используя хотя бы один мотор;
не используя для передвижения колеса.
5. Спроектируйте, постройте и запрограммируйте робота, который может двигаться вверх по как можно более крутому уклону.
6. Спроектируйте, постройте и запрограммируйте робота, который может передвигаться по траектории, которая образует повторяемую геометрическую фигуру (например: треугольник или квадрат).
7. Спроектируйте и постройте более умного робота, который реагирует на окружающую обстановку. Запрограммируйте его для использования датчиков цвета, касания, и ультразвукового датчика для восприятия различных данных.
8. Спроектируйте, постройте и запрограммируйте роботизированное существо, которое может воспринимать окружающую среду и реагировать следующим образом:
издавать звук;
или отображать что-либо на экране модуля EV3.
9. Спроектируйте, постройте и запрограммируйте роботизированное существо, которое может:
чувствовать окружающую обстановку;
реагировать движением.
10. Спроектируйте, постройте и запрограммируйте роботизированное существо, которое может:
воспринимать условия света и темноты в окружающей обстановке;
реагировать на каждое условие различным поведением.
Презентация группового проекта:
Процесс выполнения итоговой работы завершается процедурой презентации действующего робота.
8
Презентация сопровождается демонстрацией действующей модели робота и представляет собой устное сообщение (на 5-7 мин.), включающее в себя следующую информацию:
– тема и обоснование актуальности проекта;
– цель и задачи проектирования;
– этапы и краткая характеристика проектной деятельности на каждом из этапов. Учебно-тематический план
№
п/п
Название раздела,
темы
Количество часов
Формы контроля
Всего
Теория
Практика
1
Введение в роботостроение
1
1
2
Конструирование
8
4
4
3
Программирование
15
7
8
Педагогическое наблюдение, самоанализ, демонстрация моделей, проверка работоспособности робота
4
Проектная деятельность в малых группах
16
16
Педагогическое наблюдение, самоанализ, демонстрация моделей, проверка работоспособности робота Содержание программы Раздел 1. Введение в роботостроение Теория: Знакомство с миром Lego. История создания и развития компании Lego. Введение в предмет. Изучение материальной части курса. Раздел 2. Конструирование Теория: инструктаж по технике безопасности.Конструирование полигона. Знакомство с программированием. Практика: сборка опытной модели. Написание простейшего алгоритма и его запуск. Применение алгоритма и модели на полигоне. Повторение изученного. Развитие модели и сборка более сложных моделей. Раздел 3. Программирование Теория: создания языка Lab View. Визуальные языки программирования Разделы программы, уровни сложности. Знакомство с RCX. Инфракрасный
9
передатчик. Передача программы. Запуск программы. Команды визуального языка программирования Lab View. Практика: изучение Окна инструментов. Изображение команд в программе и на схеме. Работа с пиктограммами, соединение команд. Знакомство с командами: запусти мотор вперед; включи лампочку; жди; запусти мотор назад; стоп. Отработка составления простейшей программы по шаблону, передачи и запуска программы.Составление программы. Сборка модели с использованием мотора. Составление программы, передача, демонстрация. Сборка модели с использование лампочки. Составление программы, передача, демонстрация. Линейная и циклическая программа. Составление программы с использованием параметров, зацикливание программы. Знакомство с датчиками. Условие, условный переход. Датчик касания (Знакомство с командами: жди нажато, жди отжато, количество нажатий). Датчик освещенности (Датчик освещенности. Влияние предметов разного цвета на показания датчика освещенности. Знакомство с командами: жди темнее, жди светлее). Раздел 4. Проектная деятельность в малых группах Практика: разработка собственных моделей в группах, подготовка к мероприятиям, связанным с ЛЕГО. Выработка и утверждение темы, в рамках которой будет реализовываться проект. Конструирование модели, ее программирование группой разработчиков. Презентация моделей. Выставки. Соревнования.
10
Календарный учебный график
1 группа
№
п/п
Дата
Форма занятия
Кол-во часов
Раздел/Тема
Форма контроля Раздел 1. Введение в робототехнику (1 ч) 1. 6.09. Урок – беседа 1
Роботы. Виды роботов. Значение роботов в жизни человека. Основные направления применения роботов. Раздел 2. Конструирование (8 ч) 2. 13.09.
Беседа
Педагогическое наблюдение 3. 20.09.
Педагогическое наблюдение 4. 27.09.
Педагогическое наблюдение 5. 4.10.
Педагогическое наблюдение 6. 11.10.
Беседа, практикум 1
Датчик касания. Устройство датчика.Решение задач на движение с использованием датчика касания.
Педагогическое наблюдение 7. 18.10.
Педагогическое наблюдение 8. 25.10.
Педагогическое наблюдение 9. 1.11.
Беседа, практикум 1
Контрольное занятие Раздел 3. Программирование (15 ч) 10. 8.11.
Беседа, практикум 1
Педагогическое наблюдение
11
программы. 11. 15.11.
Практикум 2
Педагогическое наблюдение 12. 22.11.
Практикум
Счетчик касаний. Ветвление по датчикам. Методы принятия решений роботом. Модели поведения при разнообразных ситуациях.
Педагогическое наблюдение 13. 29.11.
Беседа, практикум 2
Программное обеспечение EV3.
Среда LABVIEW.
Педагогическое наблюдение 14. 6.12.
Беседа, практикум
Программное обеспечение EV3.
Среда LABVIEW.
Педагогическое наблюдение 15. 13.12.
Беседа, практикум 2
Редактор контента.
Демонстрация моделей 16. 20.12.
Беседа, практикум
Педагогическое наблюдение 17. 27.12.
Урок-консультация
Практикум 2
Педагогическое наблюдение 18. 10.01.
Урок-консультация
Практикум
Решение задач на движение по кривой. Независимое управление моторами. Поворот на заданное число градусов. Расчет угла поворота.
Самоанализ 19. 17.01.
Урок-консультация
Практикум 2
Педагогическое наблюдение 20. 24.01.
Урок-консультация
Практикум
Использование нижнего датчика освещенности. Решение задач на движение с остановкой на черной линии.
Педагогическое наблюдение 21. 31.01.
Практикум 1
Тестирование 22. 7.02.
Беседа, практикум 2
12
23. 14.02.
Беседа, практикум
Программирование модулей. Решение задач на прохождение по полю из клеток.
Проверка работоспособности робота 24. 21.02
. 1
.
Проверка работоспособности робота
Раздел 4. Проектная деятельность (16 ч) 25. 28.02.
Беседа, практикум 1
Педагогическое наблюдение 26. 7.03.
Беседа, практикум 1
Сканирование местности.
Педагогическое наблюдение 27. 14.03.
Беседа, практикум 1
Практическое занятие 28. 21.03.
Практикум 1
Практическое занятие 29. 28.03.
Практикум 1
Проверка работоспособности робота 30. 4.04.
Урок-консультация
Практикум 2
Проверка работоспособности робота 31. 11.04.
Урок-консультация
Практикум
Конструирование моделей роботов для решения задач с использованием нескольких разных видов датчиков.
Проверка работоспособности робота 32. 18.04.
Практикум 2
движение.
Проверка работоспособности робота 33. 25.04.
Практикум
Решение задач на выход из лабиринта. Ограниченное
Проверка
13
движение.
работоспособности робота 34. 16.05.
Проверка работоспособности робота 35. 23.05.
Практикум Соревнование роботов
Работа над проектами. Правила соревнований.
Проверка работоспособности робота 36. 30.05.
Соревнование роботов на тестовом поле. Зачет времени и количества ошибок
Проверка работоспособности робота 37. 6.06.
Проверка работоспособности робота 38. 13.06.
Конструирование собственной модели робота
Проверка работоспособности робота 39. 20.06.
Урок-консультация урок-проект 2
Проверка работоспособности робота 40. 27.06.
Урок-консультация урок-проект
Программирование и испытание собственной модели робота
Проверка работоспособности робота
14
Календарный учебный график
2 группа
№
п/п
Дата
Форма занятия
Кол-во часов
Раздел/Тема
Форма контроля Раздел 1. Введение в робототехнику (1 ч) 1. 1.09. Урок – беседа 1
Роботы. Виды роботов. Значение роботов в жизни человека. Основные направления применения роботов. Раздел 2. Конструирование (8 ч) 2. 8.09.
Беседа
1 Правила работы с конструктором LEGO. Основные механические детали конструктора и их назначение.
Педагогическое наблюдение 3. 15.09.
Беседа, практикум 1 Модуль EV3. Включение модуля EV3. Запись программы и запуск ее на выполнение.
Педагогическое наблюдение 4. 22.09.
Беседа, практикум 1 Сервомоторы EV3, сравнение моторов. Сборка модели робота по инструкции.
Педагогическое наблюдение 5. 29.09.
Беседа, практикум 1 Программирование движения вперед по прямой траектории. Расчет числа оборотов колеса для прохождения заданного расстояния.
Педагогическое наблюдение 6. 6.10.
Беседа, практикум 1
Датчик касания. Устройство датчика. Решение задач на движение с использованием датчика касания.
Педагогическое наблюдение 7. 13.10.
Практикум 1 Датчик цвета, режимы работы датчика. Решение задач на движение с использованием датчика
Педагогическое наблюдение 8. 20.10.
Практикум 1 Ультразвуковой датчик. Решение задач на движение с использованием датчика расстояния
Педагогическое наблюдение 9. 27.10.
Беседа, практикум 1
Подключение датчиков и моторов. Интерфейс модуля EV3. Приложения модуля. Представление порта. Управление мотором.
Контрольное занятие Раздел 3. Программирование (15 ч) 10. 3.11.
Беседа, практикум 1
Среда программирования модуля. Создание программы.
Удаление блоков. Выполнение программы. Сохранение и открытие
Педагогическое наблюдение
15
программы. 11. 10.11.
Практикум 2
Счетчик касаний. Ветвление по датчикам. Методы принятия решений роботом. Модели поведения при разнообразных ситуациях.
Педагогическое наблюдение 12. 17.11.
Практикум
Счетчик касаний. Ветвление по датчикам. Методы принятия решений роботом. Модели поведения при разнообразных ситуациях.
Педагогическое наблюдение 13. 24.11.
Беседа, практикум 2
Программное обеспечение EV3.
Среда LABVIEW.
Педагогическое наблюдение 14. 1.12.
Беседа, практикум
Программное обеспечение EV3.
Среда LABVIEW.
Педагогическое наблюдение 15. 8.12.
Беседа, практикум 2
Программные блоки и палитры программирования.
Редактор контента.
Демонстрация моделей 16. 15.12.
Беседа, практикум
Программные блоки и палитры программирования.
Редактор контента.
Педагогическое наблюдение 17. 22.12.
Урок-консультация
Практикум 2
Решение задач на движение по кривой. Независимое управление моторами. Поворот на заданное число градусов. Расчет угла поворота.
Педагогическое наблюдение 18. 29.12.
Урок-консультация
Практикум
Решение задач на движение по кривой. Независимое управление моторами. Поворот на заданное число градусов. Расчет угла поворота.
Самоанализ 19. 12.01.
Урок-консультация
Практикум 2
Использование нижнего датчика освещенности. Решение задач на движение с остановкой на черной линии.
Педагогическое наблюдение 20. 19.01.
Урок-консультация
Практикум
Использование нижнего датчика освещенности. Решение задач на движение с остановкой на черной линии.
Педагогическое наблюдение 21. 26.01.
Практикум 1
Решение задач на движение вдоль линии. Калибровка датчика освещенности.
Тестирование 22. 2.02.
Беседа, практикум 2
Программирование модулей. Решение задач на прохождение по полю из клеток.
Проверка работоспособности робота
16
23. 9.02.
Беседа, практикум
Программирование модулей. Решение задач на прохождение по полю из клеток.
Проверка работоспособности робота 24. 16.02.
Проверка работоспособности робота
Раздел 4. Проектная деятельность (16 ч) 25. 2.03.
Беседа, практикум 1
Измерение освещенности. Определение цветов. Распознавание цветов.
Педагогическое наблюдение 26. 9.03.
Беседа, практикум 1
Измерение расстояний до объектов.
Сканирование местности.
Педагогическое наблюдение 27. 16.03.
Беседа, практикум 1
Сила. Плечо силы. Подъемный кран. Счетчик оборотов. Скорость вращения сервомотора. Мощность.
Практическое занятие 28. 23.03.
Практикум 1
Управление роботом с помощью внешнихвоздействий.
Реакция робота на звук, цвет, касание. Таймер.
Практическое занятие 29. 30.03.
Практикум 1
Движение по замкнутойтраектории. Решение задач на криволинейное движение.
Проверка работоспособности робота 30. 6.04.
Урок-консультация
Практикум 2
Конструирование моделей роботов для решения задач с использованием нескольких разных видов датчиков.
Проверка работоспособности робота 31. 13.04.
Урок-консультация
Практикум
Конструирование моделей роботов для решения задач с использованием нескольких разных видов датчиков.
Проверка работоспособности робота 32. 20.04.
Практикум 2
Решение задач на выход из лабиринта. Ограниченное
движение.
Проверка работоспособности робота 33. 27.04.
Практикум
Решение задач на выход из лабиринта. Ограниченное
Проверка
17
движение.
работоспособности робота 34. 4.05.
Практикум Соревнование роботов 2
Работа над проектами. Правила соревнований.
Проверка работоспособности робота 35. 11.05.
Практикум Соревнование роботов
Работа над проектами. Правила соревнований.
Проверка работоспособности робота 36. 18.05.
Практикум Соревнование роботов 1
Соревнование роботов на тестовом поле. Зачет времени и количества ошибок
Проверка работоспособности робота 37. 25.05.
Урок-консультация урок-проект 2
Конструирование собственной модели робота
Проверка работоспособности робота 38. 1.06.
Урок-консультация урок-проект
Конструирование собственной модели робота
Проверка работоспособности робота 39. 8.06.
Урок-консультация урок-проект 2
Программирование и испытание собственной модели робота
Проверка работоспособности робота 40. 15.06.
Урок-консультация урок-проект
Программирование и испытание собственной модели робота
Проверка работоспособности робота
18
Методическое обеспечение программы Материально-техническое оснащение 1. Наборконструкторов LEGO MINDSTORMS Education EV3 2. Программное обеспечение LEGO 3. Материалы сайта http://www.prorobot.ru/lego.php 4. Средства реализации ИКТ материалов на уроке (компьютер, проектор, экран).
Интернет – ресурсы
1. Лабораторные практикумы по программированию [Электронный ресурс] http://www.edu.holit.ua/index.php?option=com_content&view= category&layout=blog&id=72&Itemid=159&lang=ru 2. Материалы сайтов: http://www.prorobot.ru/lego.php http://nau-ra.ru/catalog/robot http://www.239.ru/robot http://www.russianrobotics.ru/actions/actions_92.html http://habrahabr.ru/company/innopolis_university/blog/210906/STEM-робототехника http://www.slideshare.net/odezia/2014-39493928 http://www.slideshare.net/odezia/ss-40220681 http://www.slideshare.net/odezia/180914-39396539
3. Примеры конструкторов и программ к ним [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.nxtprograms.com/index2.html
4. Программы для робота [Электронный ресурс] / http://service.lego.com/en-us/helptopics/?questionid=2655 Список использованной литературы
1. «Новые информационные технологии для образования». Институт ЮНЕСКО по информационным технологиям в образовании. Издательство « Москва». 2000 г
2. http://www.lego.com/ru-ru/mindstorms/build-a-robot 3. Копосов Д. Г. Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов/ Д. Г. Копосов. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012 – 292 с.
4. Лабораторные практикумы по программированию [Электронный ресурс] http://www.edu.holit.ua/index.php?option=com_content&view= category&layout=blog&id=72&Itemid=159&lang=ru
5. Образовательная программа «Введение в конструирование роботов» и графический язык программирования роботов [Электронный ресурс] / http://learning.9151394.ru/course/view.php?id=280#program_blocks
6. Поташник М.М. Управление профессиональным ростом учителя в современной школе.– М., 2009
7. Примеры конструкторов и программ к ним [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.nxtprograms.com/index2.html
8. Программы для робота [Электронный ресурс] / http://service.lego.com/en-us/helptopics/?questionid=2655
19
9. Филиппов С.А. «Робототехника для детей и родителей» – «Наука» 2010г.
10. Чехлова А. В., Якушкин П. А.«Конструкторы LEGO DAKTA в курсе информационных технологий. Введение в робототехнику». – М.: ИНТ, 2001 г
