Рабочая программа мастерская «Лего-робот»

Рабочая программа мастерская «Лего-робот» Пояснительная записка

Особенностью данного курса являются постепенное усложнение занятий от технического моделирования до сборки и программирования роботов с использованием материалов книги С.А. Филиппова «Робототехника для детей и родителей» и компьютеров.

Актуальность и практическая значимость данной программы обусловливается также и тем, что полученные на занятиях знания становятся для ребят необходимой теоретической и практической основой их дальнейшего участия в техническом творчестве, выборе будущей профессии, в определении жизненного пути.

На уроках используются конструктор "Базовый набор 8547" серии LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 с программным обеспечением ПервоРобот (CD-R диск с визуальной средой программирования NXT-G), LEGO NXT Mindstorms 9797

Используя персональный компьютер, либо нетбук или ноутбук с ПО NXT-G, LEGO-элементы из конструктора ученики могут конструировать управляемые модели роботов. Загружая управляющую программу в специальный LEGO-компьютер NXT и присоединяя его к модели робота, робот функционирует автономно. NXT работает независимо от настольного компьютера, на котором была написана управляющая программа; получая информацию от различных датчиков и обрабатывая ее, он управляет работой моторов.

Итоги изученных тем подводятся созданием учениками собственных автоматизированных моделей, с написанием программ, используемых в своих проектах, и защитой этих проектов.

Содержание данной программы построено таким образом, что воспитанники под руководством учителя смогут не только создавать роботов посредством конструктора LEGO NXT Mindstorms 9797, следуя предлагаемым пошаговым инструкциям, но и, проводя эксперименты, узнавать новое об окружающем их мире. Полученное знание служит при этом и доказательством истинности (или ложности) выдвинутых юными экспериментаторами тех или иных теоретических предположений, поскольку именно в ходе творчества они подтверждаются или опровергаются практикой. Отличительной особенностью данной программы является то, что она построена на обучении в процессе практики.

Новизна программы заключается занимательной форме знакомства обучающегося с основами робототехники, радиоэлектроники и программирования микроконтроллеров для роботов шаг за шагом, практически с нуля. Избегая сложных математических формул, на практике, через эксперимент, обучающиеся постигают физику процессов, происходящих в роботах, включая двигатели, датчики, источники питания и микроконтроллеры NXT.

В ходе работы на занятиях обучающиеся получают первые представления о робототехнике, смогут построить робота, находящего выход из лабиринта, ориентирующегося на источник света и звука, ультразвуковой дальномер.

Также воспитанники мастерской постигнут организационно-экономические закономерности производственной деятельности, позволяющие создать наиболее рациональные условия труда. Сюда входят: организация рабочего места и трудового процесса; распределение трудовых функций в группе, умение планировать предстоящую работу; расчет необходимых материалов и времени; выбор инструментов и приспособлений, рациональных приемов работы; умение контролировать, учитывать и оценивать проделанную работу по количеству и качеству. Очень важным представляется тренировка работы в коллективе и развитие самостоятельного технического творчества. Простота в построении модели в сочетании с большими конструктивными возможностями конструктора позволяют детям в конце урока увидеть сделанную своими руками модель, которая выполняет поставленную ими же самими задачу.

Перечень знаний и умений учащихся

Учащиеся должны знать:

- основные компоненты управляющей системы роботов-исполнителей: входы, выходы и программу;

- основные команды визуального языка программирования в средах «Robolab» и LEGO Mindstorms Education NXT 2.0;

- что такое «ветвление», «цикл» в программе и алгоритме, правильно находить место для команд «начало цикла» и «конец цикла»,

Учащиеся должны уметь:

- составлять алгоритмы действий для исполнения с заданным набором команд;

- правильно подключать к блоку RCX внешние устройства, передавать программу с помощью инфракрасного передатчика;

- правильно подключать к блоку NXT внешние устройства, передавать программу с помощью USB кабеля;

- составлять, отлаживать и модифицировать программы для различных исполнителей, собранных из ЛЕГО;

- разделять обязанности при работе в малой группе, контролировать действия своей «пары», разрешать конфликты.

Результативность программы. План реализации программы рассчитан для учащихся 2-го образовательного уровня (5-9 классы). В задачи программы входит научить конструировать роботов: каждый идёт своей дорогой, у каждого есть свои предпочтительные узлы крепления конструкции и этапы ее создания.

Задача - научить тому, как заставить роботов выполнять задания и упражнения, как написать программу. Написание программы - процесс творческий: и для одного и того же задания можно составить несколько вариантов работающих программ, но, освоив принципы программирования, разобрав примеры, можно самому пуститься в увлекательное творчество и что-то упростить или придумать свой, нетривиальный код.

Возможно, в результате посещения занятий мастерской не все обучающиеся станут настоящими мастерами в области робототехники но это и не является главной целью работы мастерской. Важно, чтобы ребенок научился по-новому видеть мир и себя в нём.

Программа рассчитана на обучение учащихся основной школы (детей от 11 до 15 лет). Это группа постоянного состава. Набор обучающихся свободный.

Таким образом, данная программа включает в себя как теоретическую, так и практическую направленность.

Цели и задачи

Цель факультатива формирование устойчивых представлений о робототехнических устройствах как изделиях определенного функционального назначения с техническими характеристиками

Обучение по данной программе основано на принципах интеграции теоретического обучения с процессами практической, исследовательской, самостоятельной научной деятельности воспитанников и технико-технологического конструирования.

Задачи:

• формирование творческой личности установкой на активное самообразование;

• ранняя ориентация на инновационные технологии и методы организация практической деятельности в сферах общей кибернетики и роботостроения;

• формирование навыков современного организационно-экономического мышления, обеспечивающих социальную адаптацию к современным рыночным отношениям;

• приобретение навыков коллективного труда;

• организация разработок технико-технологических проектов.

• Ознакомление с основами программирования в компьютерной среде моделирования LEGO, ROBOLAB и LEGO Mindstorms Education NXT.

Образовательная программа разработана с учетом учебных стандартов общеобразовательных школ России и способствует формированию творческой, эмоционально и культурно развитой личности, с чувством прекрасного, обладающей коммуникативными и общекультурными компетенциями, способной на разработку и реализацию творческих проектов.

Независимо от направления работы необходимо опираться на следующие педагогические принципы:

• Уважение к личности ребенка;

• Признание права ребенка на ошибку;

• Опора на их знание и интерес, получаемый вне школы;

• Справедливость;

• Сохранение здоровья детей;

• Включение обучающихся в активную деятельность;

• Доступность и наглядность;

• Учёт возрастных особенностей;

• Сочетание индивидуальных и коллективных форм деятельности;

• Целенаправленность и последовательность деятельности (от простого к сложному).

Также в основу программы положены:

• Единство воспитания и образования, обучения и творческой деятельности обучающихся, сочетание практической работы с развитием творческих способностей;

• Система межпредметных связей (информатика, математика, окружающий мир, труд).

Ожидаемые результаты и способы их проверки

Педагогический контроль знаний, умений и навыков учащихся осуществляется в несколько этапов и предусматривает несколько уровней:

• 1 уровень - репродуктивный с помощью педагога;

• 2 уровень - репродуктивный без помощи педагога;

• 3 уровень - продуктивный;

• 4 уровень - творческий.

Промежуточный контроль:

• Тестовый контроль.

• Фронтальная и индивидуальная беседа.

• Цифровой, графический и терминологический диктанты.

• Игровые формы контроля.

• Участие в конкурсах и выставках различного уровня.

Итоговый контроль:

• Сумма показателей за все время обучения.

• Выполнение комплексной работы по предложенной модели.

• Творческая работа по собственным эскизам с использованием различных материалов.

Результатом обучения будет являться изменение в познавательных интересах учащихся и профессиональных направлениях, в психических механизмах (мышление, воображение), в практических умениях и навыках, в проявлении стремления к техническому творчеству и овладение приемами создания роботов посредством конструктора LEGO NXT Mindstorms 9797.

Учебно-методический комплект: Робототехника для детей и их родителей. Книга для учителя. С.А. Филиппов, - 263 с., илл.,

Руководство пользователя LEGO MINDSTORMS NXT 2.0, - 64 стр., илл.

Образовательный Лего-конструктор: LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 версии 8547. В наборе 625 ЛЕГО-элементов, включая NXT-блок, датчик цвета, 2 датчика касания, 1 ультразвуковой датчик, 3 сервомотора 9 В.

Конструктор LEGO NXT Mindstorms 9797

Режим организации занятий

Общее количество часов в год - 68 часа, в неделю - 2 часа. Занятия проводятся по 1 академическому часу.

После каждого теоретического занятия следует творческая мастерская, предполагающая применение полученных теоретических знаний на практике.

Деятельность по реализации Программы

В первый год обучения дается необходимая теоретическая и практическая база, формируются навыки работы с конструктором LEGO NXT Mindstorms 9797, с принципами работы датчиков: касания, освещённости, расстояния. В ходе создания роботов обучающиеся проводят эксперименты на определение прочности конструкции, устойчивости модели; эксперименты с блоком и рычагом, ременной передачей; эксперименты с шасси; преобразование энергии ветра. На основе программы LEGO Mindstorms Eduсation NXT 2.0 школьники знакомятся с блоками компьютерной программы: дисплей, движение, цикл, блок датчиков, блок переключателей. Под руководством педагога пишут программы: «движение «вперёд-назад», «движение с ускорением», «робот-волчок», «восьмёрка», «змейка», «поворот на месте», «спираль», «парковка», «выход из лабиринта», «движение по линии».

Второй и последующие годы обучения предполагает расширение знаний и усовершенствование навыков работы с конструктором LEGO NXT Mindstorms 9797. Знакомятся принципами работы датчиков температуры и электромагнитного поля. В ходе создания роботов обучающиеся проводят эксперименты с моделями, имеющими два-три датчика; экспериментируют с «рукой» робота, а также проводят эксперименты с имитацией движения гусеницы, собаки, сороконожки, рыбы и человека.

Литература для учителя

1. Белиовская Л.Г., Белиовский А.Е. Программируем микрокомпьютер NXT в LabVIEW. - М.: ДМК, 2010, 278 стр.;

2. ЛЕГО-лаборатория (Control Lab):Справочное пособие, - М.: ИНТ, 1998, 150 стр.

3. ЛЕГО-лаборатория (Control Lab).Эксперименты с моделью вентилятора: Учебно-методическое пособие, - М.: ИНТ, 1998, 46 с.

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

5. ПервоРобот NXT 2.0: Руководство пользователя. - Институт новых технологий;

6. Применение учебного оборудования. Видеоматериалы. - М.: ПКГ «РОС», 2012;

7. Программное обеспечение LEGO Education NXT v.2.1.;

8. Рыкова Е. А. LEGO-Лаборатория (LEGO Control Lab). Учебно-методическое пособие. - СПб, 2001, 59 стр.

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