Рабочая программа по внеурочной деятельности курса «Лего-конструирование и робототехника»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №65 с углубленным изучением английского языка»

«Согласовано» «Утверждаю» Зам. директора по УВР Директор школы Храмцов В.И. Баяндина Л.В Приказ №________ от_____________ «___»______________201__ г. МП

Рабочая программа

по внеурочной деятельности

Направление техническое

Наименование программы

«Лего-конструирование и робототехника»

Класс 5

Ф.И.О. педагога-разработчика программы

Жвакина Наталья Вячеславовна

Педагогический стаж 22года

Квалификация I категория

«Рассмотрено»

на заседании ШМО учителей

начальных классов

МБОУ «СОШ №65»

«____» ___________________2015г.

Руководитель ШМО Долгих М.Ю.

Пермь 2015 г.

Рабочая программа курса «Лего-конструирование и робототехника»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

В соответствии с требованиями ФГОС основного общего образования обучающийся должен владеть универсальными учебными действиями, способностью их использовать в учебной, познавательной и социальной практике, уметь самостоятельно планировать и осуществлять учебную деятельность, создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, использовать ИКТ.

Для достижения требований стандарта к результатам обучения учащихся, склонных к естественным наукам, технике или прикладным исследованиям, важно вовлечь их в такую учебно-познавательную деятельность.

Работая индивидуально, парами или в командах, учащиеся любых возрастов могут учиться, создавая и программируя модели, проводя исследования, составляя отчёты и обсуждая идеи, возникающие во время работы с этими моделями.

Основное назначение курса состоит в выполнении социального заказа современного общества, направленного на подготовку подрастающего поколения к полноценной работе в условиях глобальной информатизации всех сторон общественной жизни.

Робототехника является одним из важнейших направлений научно - технического прогресса, в котором проблемы механики и новых технологий соприкасаются с проблемами искусственного интеллекта.

За последние годы успехи в робототехнике и автоматизированных системах изменили личную и деловую сферы нашей жизни. Роботы широко используются в транспорте, в исследованиях Земли и космоса, в хирургии, в военной промышленности, при проведении лабораторных исследований, в сфере безопасности, в массовом производстве промышленных товаров и товаров народного потребления. Многие устройства, принимающие решения на основе полученных от сенсоров данных, тоже можно считать роботами.

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.

Содержание и структура курса «Робототехника» направлены на формирование устойчивых представлений о робототехнических устройствах как едином изделии определенного функционального назначения и с определенными техническими характеристиками.

Предмет робототехники это создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения.

Робототехника - это проектирование и конструирование всевозможных интеллектуальных механизмов - роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами.

Общая характеристика курса.

Учащиеся собирают и программируют действующие модели. Технологии робототехники способствуют эффективному овладению обучающимися универсальными учебными действиями, так как объединяют разные способы деятельности при решении конкретной задачи. Применение конструкторов LEGO во внеурочной деятельности в школе, позволяет существенно повысить мотивацию учащихся, организовать их творческую и исследовательскую работу, способствует развитию коллективного мышления и самоконтроля. А также позволяет школьникам в форме познавательной игры узнать многие важные идеи и развивать необходимые в дальнейшей жизни навыки. Изучая простые механизмы, дети учатся работать руками (развитие мелких и точных движений), развивают элементарное конструкторское мышление, фантазию.

Обучающая среда позволяет учащимся использовать и развивать навыки конкретного познания, строить новые знания на привычном фундаменте. В то же время важной для учащихся является работа над проектами. В ходе занятий повышается коммуникативная активность каждого ребенка, происходит развитие его творческих способностей. Повышается мотивация к учению.

На занятиях по робототехнике осуществляется работа с образовательными конструкторами серии LEGO Mindstorms. Для создания программы, по которой будет действовать модель, используется специальный язык программирования RoboLab.

Образовательная программа по робототехнике это один из интереснейших способов изучения компьютерных технологий и программирования. Во время занятий ученики научаться 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 распоряжении детей будут предоставлены Лего-конструкторы, оснащенные специальным микропроцессором, позволяющим создавать программируемые модели роботов. С его помощью обучаемый может запрограммировать робота на выполнение определенных функций.

Конструктор Лего предоставляет ученикам возможность приобретать важные знания, умения и навыки в процессе создания, программирования и тестирования роботов. «Мозгом» робота Lego Mindstorms Education является микрокомпьютер Lego NXT, делающий робота программируемым, интеллектуальным, способным принимать решения. На NXT имеется три выходных порта для подключения электромоторов или ламп, помеченные буквами А, В и С. Датчики получают информацию от микрокомпьютера NXT.

Конструктор Лего и программное обеспечение к нему предоставляет прекрасную возможность учиться ребенку на собственном опыте. Такие знания вызывают у детей желание двигаться по пути открытий и исследований, а любой признанный и оцененный успех добавляет уверенности в себе. Обучение происходит особенно успешно, когда ребенок вовлечен в процесс создания значимого и осмысленного продукта, который представляет для него интерес. Важно, что при этом ребенок сам строит свои знания, а учитель лишь консультирует его.

В окружающем нас мире очень много роботов: от лифта в вашем доме до производства автомобилей, они повсюду. Конструктор Mindstorms NXT приглашает ребят войти в увлекательный мир роботов, погрузиться в сложную среду информационных технологий.

Программное обеспечение отличается дружественным интерфейсом, позволяющим ребенку постепенно превращаться из новичка в опытного пользователя. Каждый урок - новая тема или новый проект. Модели собираются либо по технологическим картам, либо в силу фантазии детей.

В конце курса группы демонстрируют возможности своих роботов.

Можно выделить следующие этапы обучения:

І этап - начальное конструирование и моделирование. Очень полезный этап, дети действуют согласно своим представлениям, и пусть они «изобретают велосипед», это их велосипед, и хорошо бы, чтобы каждый его изобрел.

ІІ этап - обучение. На этом этапе ребята собирают модели по схемам, стараются понять принцип соединений, чтобы в последующем использовать. В схемах представлены очень грамотные решения, которые неплохо бы даже заучить. Модели получаются одинаковые, но творчество детей позволяет отойти от стандартных моделей и при создании программ внести изменения, поэтому соревнования должны сопровождаться обсуждением изменений, внесенных детьми. Дети составляют программы и защищают свои модели. Повторений в защитах быть не должно.

Круг возможностей их моделей очень расширяется. Вот теперь уместны соревнования и выводы по итогам соревнований - какая модель сильнее и почему. Насколько механизмы, изобретенные человечеством, облегчают нам жизнь.

Круг возможностей их моделей очень расширяется. Вот теперь уместны выводы насколько механизмы, изобретенные человечеством, облегчают нам жизнь.

Цель образовательной программы «Лего-конструирование и робототехника» заключается в том, чтобы перевести уровень общения ребят с техникой «на ты», научить ребят грамотно выразить свою идею, спроектировать ее техническое и программное решение, реализовать ее в виде модели, способной к функционированию.

Целью курса "Робототехника» является овладение навыками начального технического конструирования и программирования, развитие информационной культуры, учебно-познавательных и поисково-исследовательских навыков, развитие интеллекта.

Основными задачами занятий являются:

• сформировать умения строить модели по схемам;

• получить практические навыки конструктивного воображения при разработке индивидуальных или совместных проектов;

• проектирование технического, программного решения идеи и ее реализации в виде функционирующей модели;

• познакомиться со средой программирования NXT-G;

• усвоить основы программирования, получить умения составления алгоритмов;

• уметь использовать системы регистрации сигналов датчиков, понимание принципов обратной связи;

• Проектирование роботов и программирование их действий;

• Через создание собственных проектов прослеживать пользу применения роботов в реальной жизни;

• Расширение области знаний о профессиях;

• Умение учеников работать в группах.

• Воспитание самостоятельности, аккуратности и внимательности в работе.

• развитие умения ориентироваться в пространстве;

• развитие мелкой моторики;

• воспитание самостоятельности, аккуратности и внимательности в работе.

• обеспечивать комфортное самочувствие ребенка;

• развивать творческие способности и логическое мышление детей;

• развивать образное, техническое мышление и умение выразить свой замысел;

• развивать умения работать по предложенным инструкциям по сборке моделей;

• развивать умения творчески подходить к решению задачи;

• развивать умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.

Описания места учебного курса в учебном плане.

Программа рассчитана на 30 часов и адаптирована под Конструктор Mindstorms NXT 9797.

Настоящая программа учебного курса предназначена для учащихся 5 классов, которые впервые будут знакомиться с LEGO - технологиями. Занятия проводятся 1 раз в неделю по 45 минут.

Описание ценностных ориентиров содержания курса.

Развитие логического, алгоритмического и системного мышления, способствует ориентации учащихся на формирование самоуважения и эмоционально-положительного отношения к себе, на восприятие научного познания как части культуры человечества. Ориентация предмета на осознание множественности моделей окружающей действительности позволяет формировать не только готовность открыто выражать и отстаивать свою позицию, но и уважение к окружающим, умение слушать и слышать партнёра, признавать право каждого на собственное мнение.

Структура занятия с использованием конструктора выглядит следующим образом:

-Организационный момент. Проверка готовности к уроку (1 минута).

-Постановка цели (2 минуты).

-Беседа с учащимися. Повторение и изучение нового материала по теме урока (10 минут).

-Работа с конструктором. Изготовление модели. Программирование. (20-30 минут).

-Представление моделей. Подведение итогов (4-9 минут).

Основными принципами обучения являются:

1. Научность. Этот принцип предопределяет сообщение учащимся только достоверных, проверенных практикой сведений, при отборе которых учитываются новейшие достижения науки и техники.

2. Доступность. Предусматривает соответствие объема и глубины учебного материала уровню общего развития учащихся в данный период, благодаря чему, знания и навыки могут быть сознательно и прочно усвоены.

3. Связь теории с практикой. Обязывает вести обучение так, чтобы обучаемые могли сознательно применять приобретенные ими знания на практике.

4. Воспитательный характер обучения. Процесс обучения является воспитывающим, ученик не только приобретает знания и нарабатывает навыки, но и развивает свои способности, умственные и моральные качества.

5. Сознательность и активность обучения. В процессе обучения все действия, которые отрабатывает ученик, должны быть обоснованы. Нужно учить, обучаемых, критически осмысливать, и оценивать факты, делая выводы, разрешать все сомнения с тем, чтобы процесс усвоения и наработки необходимых навыков происходили сознательно, с полной убежденностью в правильности обучения. Активность в обучении предполагает самостоятельность, которая достигается хорошей теоретической и практической подготовкой и работой педагога.

6. Наглядность. Объяснение техники сборки робототехнических средств на конкретных изделиях и программных продукта. Для наглядности применяются существующие видео материалы, а так же материалы своего изготовления.

7. Систематичность и последовательность. Учебный материал дается по определенной системе и в логической последовательности с целью лучшего его освоения. Как правило этот принцип предусматривает изучение предмета от простого к сложному, от частного к общему.

8. Прочность закрепления знаний, умений и навыков. Качество обучения зависит от того, насколько прочно закрепляются знания, умения и навыки учащихся. Непрочные знания и навыки обычно являются причинами неуверенности и ошибок. Поэтому закрепление умений и навыков должно достигаться неоднократным целенаправленным повторением и тренировкой.

9. Индивидуальный подход в обучении. В процессе обучения педагог исходит из индивидуальных особенностей детей (уравновешенный, неуравновешенный, с хорошей памятью или не очень, с устойчивым вниманием или рассеянный, с хорошей или замедленной реакцией, и т.д.) и, опираясь на сильные стороны ребенка, доводит его подготовленность до уровня общих требований.

На занятиях используются различные формы организации образовательного процесса:

- фронтальные (беседа, лекция, проверочная работа);

- групповые (олимпиады, фестивали, соревнования);

- индивидуальные (инструктаж, разбор ошибок, индивидуальная сборка робототехнических средств).

Для предъявления учебной информации используются следующие методы:

- наглядные;

- словесные;

- практические.

Для стимулирования учебно-позновательной деятельности применяются методы:

- соревнования;

- поощрение и порицание.

Для контроля и самоконтроля за эффективностью обучения применяются методы:

- предварительные (анкетирование, диагностика, наблюдение, опрос);

- текущие (наблюдение, ведение таблицы результатов);

- итоговые (защита проектов).

Личностные, метапредметные и предметные результаты

освоения курса

Регулятивные универсальные учебные действия:

планирование последовательности шагов алгоритма для достижения цели;

поиск ошибок в плане действий и внесение в него изменений.

Познавательные универсальные учебные действия:

моделирование - преобразование объекта из чувственной формы в модель, где выделены существенные характеристики объекта (пространственно-графическая или знаково-символическая);

анализ объектов с целью выделения признаков (существенных, несущественных);

синтез - составление целого из частей, в том числе самостоятельное достраивание с восполнением недостающих компонентов;

выбор оснований и критериев для сравнения, классификации объектов;

подведение под понятие;

установление причинно-следственных связей;

построение логической цепи рассуждений.

Коммуникативные универсальные учебные действия:

аргументирование своей точки зрения на выбор оснований и критериев при выделении признаков, сравнении и классификации объектов;

выслушивание собеседника и ведение диалога;

признавание возможности существования различных точек зрения и права каждого иметь свою.

Предметные результаты.

В результате обучения учащиеся должны знать:

• правила техники безопасности при работе с инструментом и электрическими приборами.

• основные компоненты конструкторов ЛЕГО, элементную базу, при помощи которой собирается устройство;

• конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов, органы управления и дисплей NXT, датчики NXT, сервомотор NXT, порядок взаимодействия механических узлов робота с электронными и оптическими устройствами;

• компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования, основы программирования, программные блоки, интерфейс программы Lego Mindstorms Education NXT;

• виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;

• основные приемы конструирования роботов;

• конструктивные особенности различных роботов;

• как передавать программы в NXТ;

• как использовать созданные программы;

• самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.);

• порядок создания алгоритма программы действия робототехнических средств;

• создавать реально действующие модели роботов при помощи специальных элементов по разработанной схеме, по собственному замыслу;

• создавать программы на компьютере для различных роботов;

• корректировать программы при необходимости;

• демонстрировать технические возможности роботов;

В результате изучения материала учащиеся должны уметь:

• структурировать поставленную задачу и составлять план ее решения;

• использовать приёмы оптимальной работы на компьютере

• извлекать информацию из различных источников

• составлять алгоритмы обработки информации

• ставить задачу и видеть пути её решения;

• разрабатывать и реализовывать проект;

• проводить монтажные работы, наладку узлов и механизмов;

• проводить сборку робототехнических средств с применением LEGO конструкторов;

• собирать робота, используя различные датчики

• программировать робота, создавать программы для робототехнических средств при помощи специализированных визуальных конструкторов

• находить лишний предмет в группе однородных;

• называть последовательность простых знакомых действий;

• находить пропущенное действие в знакомой последовательности;

• работать с литературой, с журналами, с каталогами, в интернете (изучать и обрабатывать информацию);

• самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания, приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов и т.д.);

• создавать действующие модели роботов на основе конструктора ЛЕГО;

• создавать программы на компьютере на основе компьютерной программы NXТ

• передавать (загружать) программы в NXТ;

• корректировать программы при необходимости;

• демонстрировать технические возможности роботов.

Основные направления и содержание деятельности

Программа предусматривает:

• Знакомство с деталями конструктора и организацию работы с ним.

• Знакомство учащихся с основами построения механизмов в разделе «Первые шаги» для конструирования выбранной модели.

• Конструирование моделей, следуя пошаговым инструкциям.

• Создание компьютерной программы движения модели.

• Испытание модели и программы к ней.

• Рефлексия действий.

• Создание проектов и защита их.

• Развитие проектов. Экспериментирование и исследование сконструированных моделей и механизмов, преобразование и исследование собранных конструкций, создание и программирование собственных моделей.

• Организация выставок проектов и моделей.

Возраст детей, участвующих в реализации данной образовательной программы 12-13 лет. Дети данного возраста способны выполнять задания по образцу, а так же после изучения блока темы выполнять творческое репродуктивное задание.

Программа предусматривает формирование у учащихся общеучебных умений и навыков, универсальных способов деятельности и ключевых компетенции. В этом направлении приоритетами для учебного предмета «Робототехника» являются: определение адекватных способов решения учебной задачи на основе заданных алгоритмов; комбинирование известных алгоритмов деятельности в ситуациях, не предполагающих стандартное применение одного из них; использование для решения познавательных и коммуникативных задач различных источников информации, включая энциклопедии, словари, Интернет-ресурсы и базы данных; 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).

Lego позволяет учащимся:

• совместно обучаться в рамках одной группы;

• распределять обязанности в своей группе;

• проявлять повышенное внимание культуре и этике общения;

• проявлять творческий подход к решению поставленной задачи;

• создавать модели;

• видеть реальный результат своей работы.

Теоретический этап занятия по изучению робототехники строятся следующим образом:

- заполняется журнал присутствующих на занятиях обучаемых;

- объявляется тема занятий;

- теоретический материал преподаватель дает обучаемым, помимо вербального, классического метода преподавания, при помощи различных современных технологий в образовании (аудио, видео лекции, экранные видео лекции, презентации);

Практический этап занятия проводятся следующим образом:

- преподаватель показывает конечный результат занятия, т.е. заранее готовит (собирает робота или его часть) практическую работу;

- далее преподаватель показывает, используя различные варианты, последовательность сборки узлов робота;

- далее обучаемые самостоятельно в группах проводят сборку узлов робота;

- 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.

Содержание программы.

Тема 1. Введение. Знакомство с конструктором.

Рассказ о развитии робототехники в мировом сообществе и в частности в России.

Показ видео роликов о роботах и роботостроении.

Правила техники безопасности.

- Твой конструктор (состав, возможности)

- Основные детали (название и назначение)

- Датчики (назначение, единицы измерения)

- Двигатели

- Микрокомпьютер NXT

- Аккумулятор (зарядка, использование)

В конструкторе MINDSTORMS NXT применены новейшие технологии робототехники: современный 32 - битный программируемый микроконтроллер; программное обеспечение, с удобным интерфейсом на базе образов и с возможностью перетаскивания объектов, а так же с поддержкой интерактивности; чувствительные сенсоры и интерактивные сервомоторы; разъемы для USB подключений.

Тема 2. Знакомство с электронными компонентами и их использование. Управление.

Модуль NXT с батарейным блоком; датчики: ультразвуковой (датчик расстояния), касания, звука - микрофон, освещенности; соединительные кабели разной длины для подключения датчиков и сервоприводов к NXT и USB - кабели для подключения NXT к компьютеру. Для начала работы заряжаем батареи.

Технология NXT.

- О технологии NXT.

- Главное меню.

- Сенсор цвета и цветная подсветка.

- Сенсор нажатия.

- Ультразвуковой сенсор.

- Интерактивные сервомоторы.

NXT является «мозгом» робота MINDSTORMS. Это интеллектуальный, управляемый компьютером элемент конструктора LEGO, позволяющий роботу ожить и осуществлять различные действия.

Различные сенсоры необходимы для выполнения определенных действий. Определение цвета и света. Обход препятствия. Движение по траектории и т.д.

Тема 3. Программное обеспечение NXT.

Программное обеспечение NXT

- Требования к системе.

- Установка программного обеспечения.

- Понятия: датчик, интерфейс, алгоритм и т.п.

- Интерфейс программного обеспечения.

- Структура меню NXT

- Палитра программирования.

- Панель настроек.

- Контроллер.

- Редактор звука.

- Редактор изображения.

- Дистанционное управление.

- Установка связи с NXT

- Usb

- Загрузка программы

- Запуск программы на NXT

- Память NXT: просмотр и очистка

Тема 4. Начало работы. Конструирование. Первая модель.

Алгоритм программы представляется по принципу LEGO. Из визуальных блоков составляется программа. Каждый блок включает конкретное задание и его выполнение. По такому же принципу собирается сам робот из различных комплектующих узлов (датчик, двигатель, зубчатая передача и т.д.) узлы связываются при помощи интерфейса (провода, разъемы, системы связи, оптику и т.д.)

- Подключение двигателей и датчиков (комплектные элементы, двигатели и датчики NXT).

- Мотор

Учимся включать и выключать микроконтроллер. Подключаем двигатели и различные датчики с последующим тестированием конструкции робота.

- Сборка модели по технологическим картам.

Тема 5. Программы. Составление простой программы для модели, используя встроенные возможности NXT

- Составление простых программ по линейным алгоритмам.

Учитывая, что при конструировании робота из данного набора существует множество вариантов его изготовления и программирования, начинаем с программ, предложенных в инструкции и описании конструктора.

- Моя первая программа (составление простых программ на движение)

Составление программ передвижения робота вперед и назад, который имеет мотор, способный изменять вращение оси машины. Робот имеет правый и левый моторы, подключенные к портам B и C. Сборка и программирование робота Mindstorms NXT, который должен двигаться вперед и поворачивать под прямым углом направо. Определение общих для всех датчиков параметров, которые надо проверить перед работой и настроить по заданным параметрам.

Разъяснение всей палитры программирования содержащей все блоки для программирования, которые понадобятся для создания программ. Каждый блок задает возможные действия или реакцию робота. Путем комбинирования блоков в различной последовательности можно создать программы, которые оживят робота.

Тема 6. Модели с датчиками.

- Выполнение дополнительных заданий и составление собственных простых программ.

Проводится сборка моделей роботов и составление простых программ по технологическим картам. Далее составляются собственные программы.

- Датчик света

Датчики света (сенсоры) являются одним из двух датчиков, которые заменяют роботу зрение (другой датчик - ультразвуковой). У этого датчика совмещаются три функции. Датчик цвета позволяет роботу отличать свет от темноты. Он может считывать интенсивность света в помещении, а также измерять световую интенсивность освещенных поверхностей.

- Соревнования

Проводится сборка моделей роботов и составление программ по технологическим картам, которые находятся в комплекте с комплектующими для сборки робота. Далее составляются собственные программы.

Тема 7. Модели с датчиками.

- Составление программ по алгоритмам, с использованием ветвлений и циклов.

Датчики цвета (сенсоры) являются одним из двух датчиков, которые заменяют роботу зрение (другой датчик - ультразвуковой). У этого датчика совмещаются три функции. Датчик цвета позволяет роботу различать цвета и отличать свет от темноты. Он может различать 6 цветов, считывать интенсивность света в помещении, а также измерять цветовую интенсивность окрашенных поверхностей.

- Датчик касания позволяет роботу осуществлять прикосновения. Датчик нажатия может определить момент нажатия на него чего-либо, а так же момент освобождения.

Ультразвуковой датчик позволяет роботу видеть и обнаруживать объекты. Его также можно использовать для того, чтобы робот мог обойти препятствие, оценить и измерить рас стояние, а также зафиксировать движение объекта.

В каждый сервомотор встроен датчик вращения. Он позволяет точнее вести управление движениями робота.

Тема 8. Проектно-конструкторская деятельность.

Сборка своих моделей. Анализ умений программирования робота.

Показательные соревнования по категориям.

Тематическое планирование

№

Тема

Содержание

1

Введение в робототехнику

Лекция. Цели и задачи курса. Что такое роботы. Ролики, фотографии и мультимедиа. Рассказ о соревнованиях роботов: Евробот, фестиваль мобильных роботов, олимпиады роботов. Спортивная робототехника. Конструкторы и «самодельные» роботы.

2

Конструкторы компании ЛЕГО

Лекция. Информация о имеющихся конструкторах компании ЛЕГО, их функциональном назначении и отличии, демонстрация имеющихся у нас наборов

3

Знакомство с набором Lego Mindstorms NXT 2.0

Лекция. Знакомимся с набором Lego Mindstorms NXT 2.0. Что необходимо знать перед началом работы с NXT. Датчики конструкторов LEGO на базе компьютера NXT (Презентация), аппаратный и программный состав конструкторов LEGO на базе компьютера NXT (Презентация), сервомотор NXT.

4

Конструирование первого робота

Практика. Собираем первую модель робота «Пятиминитука» по инструкции.

5

Изучение среды управления и программирования

Лекция. Изучение программного обеспечения, изучение среды программирования, управления. Краткое изучение программного обеспечения, изучение среды программирования и управления.

Собираем робота "Линейный ползун": модернизируем собранного на предыдущем уроке робота "Пятиминутку" и получаем "Линейного ползуна".
Загружаем готовые программы управления роботом, тестируем их, выявляем сильные и слабые стороны программ, а также регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок.

6

Программирование робота

Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий из 4-5 блоков

7

Конструирование трехколесного робота

Создаём и тестируем "Трёхколёсного робота".
У этого робота ещё нет датчиков, но уже можно писать средние по сложности программы для управления двумя серводвигателями.

8

Программирование трехколесного робота

Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук. (более сложная программа).
Собираем и программируем "Бот-внедорожник"
На предыдущем уроке мы собрали "Трёхколёсного" робота. Мы его оставили в ящике, на этом уроке достаём и вносим небольшие изменения в конструкцию. Получаем уже более серьёзная модель, использующую датчик касания. Соответственно, мы продолжаем эксперименты по программированию робота. Пишем программу средней сложности, которая должна позволить роботу реагировать на событие нажатия датчика.
Задача примерно такая: допустим, робот ехал и упёрся в стену. Ему необходимо отъехать немножко назад, повернуть налево и затем продолжить движение прямо. Необходимо зациклить эту программу. Провести испытание поведения робота, подумать в каких случаях может пригодиться полученный результат.

9

Сборка гусеничного робота по инструкции

Создаём и тестируем "Гусеничного робота".
Задача: необходимо научиться собирать робота на гусеницах. Поэтому тренируемся, пробуем собрать по инструкции. Если всё получилось, то управляем роботом с сотового телефона или с компьютера. Запоминаем конструкцию. Анализируем плюсы и минусы конструкции. На следующем уроке попробуем разобрать и заново собрать робота.

10

Конструирование гусеничного бота

На предыдущем уроке мы собирали гусеничного бота. Нужно ещё раз посмотреть на свои модели, запомнить конструкцию. Далее разобрать и попытаться собрать свою собственную модель. Она должна быть устойчива, не должно быть выступающих частей. Гусеницы должны быть оптимально натянуты. Далее тестируем своё гусеничное транспортное средство на поле, управляем им с мобильного телефона или с ноутбука.

11

Тестирование

Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество вопросов от 10 до 20. Ученики отвечают на простые вопросы, проверяют свой уровень знаний. В тест рекомендуется включить несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". В результате тестирования мы должны понять научился ли чему-нибудь ученик.

12

Сборка робота-сумоиста

Нам необходимо ознакомиться с конструкцией самого простого робота сумоиста. Для этого читаем и собираем робота по инструкции: бот - сумоист. Собираем, запоминаем конструкцию. Тестируем собранного робота. Управляем им с ноутбука.

13

Соревнование "роботов сумоистов"

Собираем по памяти на время робота-сумоиста. Продолжительность сборки: 30-60 минут. Устраиваем соревнования. Не разбираем конструкцию робота победителя. Необходимо изучить конструкции, выявить плюсы и минусы бота.

14

Анализ конструкции победителей

Необходимо изучить конструкции, выявить плюсы и минусы бота. Проговариваем вслух все плюсы и минусы. Свободное время. Собираем любую со сложностью не выше 3 единиц из имеющихся инструкций роботов.

15

Самостоятельное Конструирование робота к соревнованиям

Задача учеников самостоятельно найти и смастерить конструкцию робота, которая сможет выполнять задания олимпиады. Все задания расклываем по частям, например, нужно передвигаться из точки А в точку Б - это будет первая задача, нужно определять цвет каждой ячейки - это вторая задача, в зависимости от цвета ячейки нужно выкладвать определённое количество шариков в ячейку - это третья задача.

16

17

18

Разработка проектов по группам.

Цель: Сформировать задачу на разработку проекта группе учеников.
На уроке мы делим всех учеников на группы по 2-3 человека.
Шаг 1. Каждая группа сама придумывает себе проект автоматизированного устройства/установки или робота. Задача учителя направить учеников на максимально подробное описание будущих моделей, распределить обязанности по сборке, отладке, программированию будущей модели. Ученики обязаны описать данные решения в виде блок-схем, либо текстом в тетрадях.
Шаг 2. При готовности описательной части проекта приступить к созданию действующей модели.

Если есть вопросы и проблемы - направляем учеников на поиск самостоятельного решения проблем, выработку коллективных и индивидуальных решений.
Шаг 3. Уточняем параметры проекта. Дополняем его схемами, условными чертежами, добавляем описательную часть. Обновляем параметры объектов.
Шаг 4. При готовности модели начинаем программирование запланированных ранее функций.

Цель: Научиться презентавать (представлять) свою деятельность.
Продолжаем сборку и программиирование моделей.
Шаг 5. Оформляем проект: Окончательно определяемся с названием проекта, разрабатываем презентацию для защиты проекта. Печатаем необходимое название, ФИО авторов, дополнительный материал.
Шаг 6. Определяемся с речью для защиты проекта. Записываем, сохраняем, репитируем.

Цель: Научиться публично представлять свои изобретения.
Публичная ЗАЩИТА проектов с приглашением представителей администрации, педагогов.

19

20

21

22

Свободный урок. Сбор готовой модели на выбор.

Сбор и исследование одной из моделей роботов на выбор:

 Гоночная машина - автобот - автомобиль с возможностью удалённого управления и программирования его для движения по цветным линиям на полу!

 Бот с ультразвуковым датчиком - 4-х колёсный робот с интеллектуальной программой, принимающей решение куда ехать при наличии препятствия.

 Бот с датчиком касания - 4-х колёсный робот с программой, использующей датчик касания в качестве инструмента для определения препятствий.

 Бот с датчиком для следования по линии - робот, программа которого настроена на его движение по чёрной линии.

 Бот стрелок - простейший робот, стреляющий в разные стороны шариками.
Цель: Закрепить навыки конструирования по готовым инструкциям. Изучить программы.
Ученикам необходимо собрать модели по инструкции. Загрузить имеющуюся программу. Изучить работу программы, особенности движения, работы с датчиком и т.д. модели робота. Сделать соответствующие выводы.

23

Конструирование 4-х колёсного или гусеничного робота

Цель: собрать по инструкции робота, изучить его возможности и программу.
Необходимо выбрать одного из 9 имеющиеся конструкции МУЛЬТИБОТА.
Собираем робота по инструкции, загружаем программу, изучаем его поведение: запускаем, наблюдаем, тестируем. Меняем программу, добиваемся изменения принципа работы робота. Меняем его конструкцию.

24

Конструирование колёсного или гусеничного робота.

Цель: придумать и собрать робота. Самостоятельно запрограммировать робота.
Придумываем конструкцию, которую мы бы хотели собрать. Назовём конструкции роботом. Пусть робот перемещается на 4-х колёсах или гусеницах. Пусть он может короткое время (минимум 1 минуту) передвигаться самостоятельно.
Начинаем сборку модели. Обсуждаем подробности конструкции и параметры программы.

25

26

Контрольное тестирование

Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество вопросов 20 штук. Ученики отвечают на простые вопросы, проверяют свой уровень знаний. В тест рекомендуется включить несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". В результате тестирования мы должны понять научился ли чему-нибудь ученик. Проводим анализ полученных результатов. Сравниваем их с теми, что были получены в начале обучения по предмету "робототехника".

27

Показательное выступление

Показательный урок: демонстрируем робота, запускаем программу, показываем возможности движения, соревнуемся на скорость перемещения. Команда-победитель получает призы.

28

Свободное моделирование.

Собираем любую по желанию модель.

29

Свободное моделирование

Собираем любую по желанию модель. Резервный урок.

30

Свободное моделирование

Собираем любую по желанию модель. Резервный урок.

Материально-техническое обеспечение образовательного процесса.

Наборы конструкторов:

• LEGO Mindstorm NXT Education;

- программный продукт - по количеству компьютеров в классе;

- поля для проведения соревнования роботов;

- зарядное устройство для конструктора;

- ящики для хранения конструкторов.

Компьютер, проектор, экран

Литература для учащихся

Чехлова А. В., Якушкин П. А.«Конструкторы LEGO DAKTA в курсе информационных технологий. Введение в робототехнику». - М.: ИНТ, 2001 г.

Филиппов С.А. «Робототехника для детей и родителей» - «Наука» 2010г.

Литература для учителя

Тришина С. В. Информационная компетентность как педагогическая категория [Электронный ресурс]. ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ «ЭЙДОС» - .

Поташник М.М. Управление профессиональным ростом учителя в современной школе.- М., 2009

Концепция модернизации российского образования /02.31/t45.htm

«Новые информационные технологии для образования». Институт ЮНЕСКО по информационным технологиям в образовании. Издательство « Москва». 2000 г

Интернет - ресурсы

На русском языке о легороботах

learning.9151394.ru/course/view.php?id=2

mindstorms.su/

robototechnika.ucoz.ru

На английском языке о легороботах

lego.com/education/#

mindstorms.lego.com/

Каталоги образовательных ресурсов

educatalog.ru - каталог образовательных сайтов

Критерии и показатели эффективности реализации программы

Критерии

Средства

Показатели

Учащиеся

Формирование исследовательской и экспериментальной деятельности.

Протоколы олимпиад и НПК

Рост участников НПК и предметных олимпиад.

Общеобразовательная организация

Выполнение требований ФГОС.

Анализ содержания рабочих учебных программ. Результаты

внутри школьного контроля.

- Осуществление деятельностного подхода к процессу обучения,

- интеграция профессионального обучения в образовательный процесс.

-включение в уроки элементов профориентационной работы.

Повышение имиджа

общеобразовательной

организации.

Банк данных учащихся. Анкетирование.

Повышение привлекательности общеобразовательной организации для потенциальных учащихся.

Родители

Удовлетворенность качеством предоставляемых услуг.

Анкетирование

Отсутствие жалоб со стороны родителей