Протокол №___

заседания методического совета от____________

Утверждено

«___»______________201_ года Директор____________________

Рабочая программа

практико-ориентированного курса

«Робототехника в инженерной школе»

на 2014-2015 учебный год

учителя

Златиной

Алевтины Сергеевны

Пермь 2014

Пояснительная записка

Авторская образовательная программа практико-ориентированного курса «Робототехника в инженерной школе» разработана для учащихся 8-х классов и рассчитана на 16 часов (2 часа в неделю, согласно расписанию).

Первый человекоподобный рыцарь был предложен Леонардо да Винчи в 1495 г., в 1738 г. французский механик Жак де Вакансон создал первого андроида, а в 1921 году чешский писатель Карел Чапек придумал слово «робот».

Бурными темпами робототехника вошла в мир в середине XX века. Это было одно из самых передовых, престижных, дорогостоящих направлений машиностроения. Основой робототехники были техническая физика, электроника, измерительная техника и многие другие технические и научные дисциплины. В начале XXI века робототехника является одним из приоритетных направлений в сфере экономики, машиностроения, здравоохранения, военного дела и других направлений деятельности человека. Специалисты, обладающие знаниями в этой области, востребованы. В России существует такая проблема: недостаточная обеспеченность инженерными кадрами и низкий статус инженерного образования. Поэтому необходимо вести популяризацию профессии инженера, ведь использование роботов в быту, на производстве и поле боя требует, чтобы пользователи обладали современными знаниями в области управления роботами. Как этого достичь? С чего начинать? Школа - это первая ступень, где можно закладывать начальные знания и навыки в области робототехники, прививать интерес учащихся к робототехнике и автоматизированным системам.

LEGO® MINDSTORMS® Education - новое поколение образовательной робототехники, позволяющей изучать естественные науки (информатику, физику, химию, математику и др.) а также технологии (научно - технические достижения) в процессе увлекательных практических занятий.

Используя образовательную технологию LEGO MINDSTORMS в сочетании с конструкторами LEGO, учащиеся разрабатывают, конструируют, программируют и испытывают роботов. В совместной работе дети развивают свои индивидуальные творческие способности, коллективно преодолевают творческие проблемы, получают важные фундаментальные и технические знания. Они становятся более коммуникабельными, развивают навыки организации и проведения исследований, что безусловно способствует их успехам в дальнейшем школьном образовании,

в будущей работе.

Актуальность курса заключается в том, что он направлен на формирование творческой личности, живущей в современном мире. Технологические наборы LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 и EV3 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств.

На занятиях используются конструкторы наборов серии LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 9797 (базовый) и EV3 (базовый и ресурсный) с программным обеспечением ПервоРобот (CD-R диск с визуальной средой программирования NXT).

Используя ноутбук с программным обеспечением, элементы из конструктора, ученики могут конструировать управляемые модели роботов. Загружая управляющую программу в специальный микрокомпьютер NXT и EV3, и присоединяя его к модели робота, учащиеся изучают и наблюдают функциональные возможности различных моделей роботов. Робот NXT и EV3 работает независимо от настольного компьютера, на котором была написана управляющая программа. Получая информацию от различных датчиков и обрабатывая ее, NXT и EV3 управляет работой моторов.

В 8 классе углубляется изучение программирования и повышается уровень сложности конструирования робототехнических комплексов.

Цели и задачи курса

Цели:

• заложить основы алгоритмизации и программирования с использованием робота LEGO Mindstorms NXT и EV3;

• научить использовать средства информационных технологий, чтобы проводить исследования и решать задачи в межпредметной деятельности.

Задачи:

• учить:

- конструировать роботов на базе микропроцессора NXT и EV3;

- работать в среде программирования Mindstorms NXT и EV3;

- составлять программы управления Лего - роботами;

• развивать:

- творческие способности и логическое мышление обучающихся;

- умение выстраивать гипотезу и сопоставлять с полученным результатом;

- образное, техническое мышление и умение выразить свой замысел;

- умения работать по предложенным инструкциям по сборке моделей;

- умения творчески подходить к решению задачи;

- умения применение знаний из различных областей знаний;

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

• получать:

- навыки проведения физического эксперимента.

- опыт работы в творческих группах.

Методы обучения

• Познавательный (восприятие, осмысление и запоминание учащимися нового материала с привлечением наблюдения готовых примеров, моделирования, изучения иллюстраций, восприятия, анализа и обобщения демонстрируемых материалов);

• Метод проектов (при усвоении и творческом применении навыков и умений в процессе разработки собственных моделей)

• Систематизирующий (беседа по теме, составление систематизирующих таблиц, графиков, схем и т.д.)

• Контрольный метод (при выявлении качества усвоения знаний, навыков и умений и их коррекция в процессе выполнения практических заданий)

• Групповая работа (используется при совместной сборке моделей, а также при разработке проектов)

Формы организации учебных занятий

• Урок - лекция;

• Урок - презентация;

• Практическое занятие;

• Урок - соревнование;

• Выставка

Содержание программы

Основным содержанием данного курса являются занятия по техническому моделированию, сборке и программирования роботов.

Введение - 2 ч.

История робототехники. Поколения роботов. Цели и задачи курса «Образовательная робототехника». ТБ при работе с комплектами LEGO Mindstorms NXT и EV3. Роботы LEGO: от простейших моделей до программируемых. Появление роботов Mindstorms NXT и EV3 в России. Виды, артикулы, комплектация конструкторов

Конструктор LEGO Mindstorms NXT - 4 ч.

Базовые конструкторы LEGO Mindstorms NXT 2.0 9797 и EV3, ресурсный набор EV3.

Основные детали конструктора. Микропроцессор NXT и EV3. Сервомоторы. Датчики. Подключение сервомоторов и датчиков. Меню NXT и EV3. Программирование на NXT и EV3. Выгрузка и загрузка.

Программирование NXT - 4ч.

Установка программного обеспечения. Системные требования.

Интерфейс ПО LEGO Mindstorms NXT и EV3. Самоучитель. Мой портал. Панель инструментов. Палитра команд. Рабочее поле. Окно подсказок. Окно NXT и EV3. Панель конфигурации. Пульт управления роботом. Первые простые программы. Передача и запуск программ. Тестирование робота.

Испытание роботов - 5ч.

Движение, повороты и развороты. Воспроизведение звуков и управление звуком. Обнаружение роботом черной линии и движение вдоль черной линии.

Проектная деятельность - 1ч.

Конструирование моделей роботов. Программирование. Испытание роботов. Презентация проектов роботов. Выставка роботов.

№

п/п

Тематическое планированиеТема занятия,

вид занятия

Содержание занятия

Кол-во

часов

1

Введение в курс «Робототехника в инженерной школе». Что такое робот? (Лекция)

1. История робототехники. Поколения роботов.

2. Цели и задачи курса «Образовательная робототехника»

3.ТБ при работе с комплектами LEGO Mindstorms NXT и EV3

1

Робот LEGO Mindstorms NXT и EV3 (Презентация)

Роботы LEGO: от простейших моделей до программируемых.

Появление роботов Mindstorms NXT и EV3 в России. Виды, артикулы, комплектация конструкторов»

1

2

Конструкторы LEGO Mindstorms NXT 2.0 9797 и EV3

(Практическое занятие)

Микрокомпьютер NXT и EV3

(Лекция)

Работа с конструкторами LEGO Mindstorms NXT 2.0 9797 (базовый набор) и EV3 (базовый и ресурсный наборы) .

1. Характеристики NXT и EV3. Установка аккумуляторов в блок микрокомпьютера.

2. Технология подключения к NXT и EV3 (включение и выключение, загрузка и выгрузка программ, порты USB, входа и выхода).

3. Интерфейс и описание NXT и EV3 (пиктограммы, функции, индикаторы).

4. Главное меню NXT и EV3 (мои файлы, программы, испытай меня, вид, настройки)

1

Датчики NXT и EV3

(Лекция)

1.Датчик касания (Touch Sensor, подключение и описание)

2. Датчик звука (Sound Sensor, подключение и описание)

3. Датчик освещенности (Light Sensor, подключение и описание)

4. Датчик цвета (Color Sensor, подключение и описание)

5. Датчик расстояния (Ultrasonic Sensor, подключение и описание)

1

3

Сервомотор NXT и EV3

(Лекция)

1. Встроенный датчик оборотов (Измерения в градусах и оборотах).

2. Скорость вращения колеса (Механизм зубчатой передачи и ступица)

3. Подключение сервомоторов к NXT и EV3. Испытание программой меню Try Me.

1

Программное обеспечение LEGO® MINDSTORMS® Education NXT

(Практическое занятие)

«Установка программного обеспечения LEGO Mindstorms NXT Software c CD диска на персональный компьютер».

1

4-5

Основы программирования NXT и EV3

(Лекция)

1. Общее знакомство с интерфейсом ПО LEGO Mindstorms NXT и EV3 (сходства и различия)

2. Самоучитель. Мой портал. Панель инструментов.

3. Палитра команд (Common palette, Complete palette, Custom palette)

4. Рабочее поле.

5. Окно подсказок.

6. Панель конфигурации

7. Пульт управления роботом.

4

6

Первый робот и первая программа

(Практическое занятие)

«Сборка, программирование и испытание первого робота Castor Bot»

2

7

Движения и повороты

(Лекция, практическая работа)

1.Команда Move.

2.Настройка панели конфигурации команды Move.

3. Особенности движения робота по прямой и кривой линиям.

4. Повороты робота на произвольные углы.

5. Примеры движения и поворотов робота Castor Bot.

2

8

Воспроизведение звуков и управление звуком

практическая работа)

1.Команда Sound. Воспроизведение звуков и слов.

2. Настройка панели конфигурации команды Sound.

3. Составление программы и демонстрация начала и окончания движения робота Castor Bot по звуковому сигналу.

1

Составление собственной программы и демонстрация движения робота

(итоговый проект)

1. Устройство и принцип работы ультразвукового датчика.

2. Команда Distance. Настройки в панели конфигурации для ультразвукового датчика.

3. Примеры простых команд и программ с ультразвуковым датчиком.

4. Устройство и принцип работы датчика касания.

5. Команда Touch. Настройки в панели конфигурации для датчика касания.

6. Примеры простых команд и программ с датчиком касания.

7. Демонстрация подключения к NXT ультразвукового датчика.

8. Демонстрация подключения к NXT датчика касания.

9.Составление программы и демонстрация движения робота

1

ВСЕГО:

8 недель

16 часов

Межпредметные связи

№

п/п

Предметы

Примеры межпредметных связей

1

Математика

Расчеты:

-длины траектории;

-числа оборотов и угла оборота колес;

Измерения:

-радиуса траектории;

-радиуса колеса;

-длины конструкций и блоков.

2

Физика

Расчеты:

-скорости движения;

-силы трения;

-силы упругости конструкций.

Измерения :

-массы робота;

-освещенности;

-температуры;

-напряженности магнитного поля

3

Технология

Изготовление:

-дополнительных устройств и приспособлений (лабиринты, поля, горки и пр.);

-чертежей и схем

Подключение:

к мобильному телефону через Bluetooth

4

История

Знакомство:

-с этапами (поколениями) развития роботов;

-развитие робототехники в России,

-других странах.

Изучение:

-первоисточников о возникновении терминов «робот», «робототехника», «андроид» и др.

Способы оценивания достижений учащихся

Данный практико-ориентированный курс предполагает промежуточную и итоговую аттестацию учащихся в виде «зачет» и «не зачет». В процессе обучения учащиеся получают знания и опыт в области дисциплины «Робототехника». Оценивание уровня обученности школьников происходит по окончании курса. Итогом изученных тем предполагается - создание учениками собственных автоматизированных моделей, с написанием программ, используемых в своих проектах, и защитой этих проектов.

Требования к знаниям и умениям учащихся

В результате обучения учащиеся должны

ЗНАТЬ:

• правила безопасной работы;

• основные компоненты конструкторов ЛЕГО;

• конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;

• компьютерную среду, включающую в себя графический язык программирования;

• виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;
  основные приемы конструирования роботов;

• конструктивные особенности различных роботов;

• как передавать программы;

• 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.);

• 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;

УМЕТЬ:

• 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;

• передавать (загружать) программы;

• корректировать программы при необходимости;

• демонстрировать технические возможности роботов.

Рекомендуемые учебные материалы

1. Классные занятия для занятого учителя: NXT. Дамиэн Ки

2. Книга открытий LEGO MINDSTORMS NXT 2.0.. Лоуренс Вок

3. LEGO Mindstorms: Последние модели. Mario Ferrari, Giulio Ferrari, Stephen Cavers

4. Методическое пособие для учителя: ПервоРобот NXT. Введение в робототехнику. MINDSTORMS NXT education, 2006. - 66 с.

5. Ньютон С. Брага. Создание роботов в домашних условиях. - М.: NT Press, 2007, 345 стр.;

6. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5-6 классов», Д.Г. Копосов. 2012 г., БИНОМ.

7. «Первый шаг в робототехнику: рабочая тетрадь для 5-6 классов», Д.Г. Копосов. 2012 г., БИНОМ.

8. Extreme NXT: Переход LEGO MINDSTORMS NXT на следующий уровень (второе издание). Майкл Гэспери

9. Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW. Белиовская Л.Г.,Белиовский А. Е.

10. Рабочая книга соревнований по робототехнике NXT. Джеймс Флойд Келли, Джонатан Доделин

11. «Робототехника для детей и родителей», Филиппов С.А., 2010 г.

12. Руководство «ПервоРобот NXT. Введение в робототехнику». 2006 г. The Lego Group.

13. «Уроки Лего - конструирования в школе», Злаказов А.С., Горшков Г.А., 2011 г., БИНОМ.

Литература для учащихся

1. Наука. Энциклопедия. - М., «РОСМЭН», 2001. - 125 с.

2. Энциклопедический словарь юного техника. - М., «Педагогика», 1988. - 463 с.

3. В. Гоушка. Дайте мне точку опоры. - Прага: Альбатрос, 1971. - 191 с.

Интернет-ресурсы

1. school.edu.ru/int

2. prorobot.ru

3. nnxt.blogspot.ru

4. ielf.ucoz.ru

5. fiolet-korova.ru

6. mindstorms.ru

7. lego56.ru

8. robot-develop.org

9. lego.detmir.ru