Программы по робототехнике в средней школе. Программа по робототехнике рабочая программа на тему
Муниципальное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с. Поима Белинского района Пензенской области
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
курса «Робототехника»
муниципального образовательного учреждения
средней общеобразовательной школы
с. Поима Белинского района Пензенской области
Рабочая программа составлена на основе программы курса по робототехнике Автор-составитель: учитель Гаврилов Михаил Сергеевич ( )
Программа курса «Робототехника»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Статус документа
Программа разработана как самостоятельная дисциплина, являющаяся образовательным компонентом общего среднего образования. Вместе с тем, выражая общие идеи формализации, она пронизывает содержание многих других предметов и, следовательно, становится дисциплиной обобщающего, методологического плана. Основное назначение курса "Робототехники" 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 - таковы, например, лифты, без которых уже немыслима наша жизнь.
Структура документа
Программа информатике представляет собой целостный документ, включающий три раздела: пояснительную записку; основное содержание с распределением учебных часов по разделам курса и требования к уровню подготовки выпускников.
Общая характеристика учебного курса
Программа рассчитана на 35 часов и адаптирована под Конструктор Mindstorms NXT 9797.
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.
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. Для связи между компьютером и NXT можно использовать также беспроводное соединение Bluetooth. На NXT имеется три выходных порта для подключения электромоторов или ламп, помеченные буквами А, В и С. С помощью функции NXT Program (Программы NXT) можно осуществлять прямое программирование блока NXT без обращения к компьютеру. 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. По мере освоения проектов проводятся соревнования роботов, созданных группами.
В конце года в творческой лаборатории 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.
На этом этапе ребята еще мало что знают из возможностей использования разных методов усовершенствования моделей, они строят так, как их видят. Задача учителя – показать, что существуют способы, позволяющие сделать модели, аналогичные детским, но быстрее, мощнее. В каждом ребенке сидит дух спортсмена, и у него возникает вопрос: «Как сделать, чтобы победила моя модель?»
Вот здесь можно начинать следующий этап.
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.
ІІІ этап – сложное конструирование. Узнав много нового на этапе обучения, ребята получают возможность применить свои знания и создавать сложные проекты.
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.
Цели курса:
Главной целью курса является развитие информационной культуры, учебно-познавательных и поисково-исследовательских навыков, развитие интеллекта.
Основные задачи:
Знакомство со средой программирования NXT-G;
Усвоение основ программирования, получить умения составления алгоритмов;
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;
развитие умения ориентироваться в пространстве;
Умение 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.
Возраст детей, 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.
Место курса «Робототехника » в учебном плане МОУ СОШ с. Поима
Учебный план МОУ СОШ с. Поима предусматривает изучение робототехники в объеме 35 часов. В том числе в 5-7 классе – 35 часов, в 8-11 классе – 35 часов.
Преподавание ведется с использованием материалов книги С.А. Филиппова «Робототехника для детей и родителей» и компьютеров.
Общеучебные умения, навыки и способы деятельности
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 бригады;
Распределять обязанности в своей бригаде;
Проявлять повышенное внимание культуре и этике общения;
Проявлять творческий подход к решению поставленной задачи;
Создавать модели реальных объектов и процессов;
Видеть реальный результат своей работы.
Режим занятий:
Занятия проводятся:
В младшей группе 1 раз в неделю по 1 часу (итого 1 час в неделю, 35 часов в год);
В старшей группе 1 раз в неделю по 1 часу (итого 1 час в неделю, 35 часов в год).
Ожидаемые результаты освоения программы.
После завершения курса обучения:
Обучающийся будет знать:
конструкцию, органы управления и дисплей NXT;
датчики NXT;
сервомотор NXT;
интерфейс программы Lego Mindstorms Education NXT;
основы программирования, программные блоки.
Обучающийся будет 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;
собирать робота, используя различные датчики
программировать робота.
Основное содержание (35 часов)
Тема 1. Введение, 3 часа
Конструктор Mindstorms NXT. Знакомство с набором 9797, изучение его деталей. Получение представлений о микропроцессорном блоке NXT, являющимся мозгом конструктора LEGO Mindstorms 9797. Подготовка конструктора и NXT к дальнейшей работе.
Тема 2. Конструирование, 8 часов
Знакомство с электронными компонентами и их использование:
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.
Тема 3. Управление, 6 часов
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.
Тема 4. Проектно-конструкторская деятельность, 15 часов
Работа в Интернете. Поиск информации о Лего-соревнованиях, описаниях моделей, технологии сборки и программирования Лего-роботов. Сборка своих моделей. Анализ умений программирования робота. Подведение итогов курса – проведение соревнований (турниров), учебных исследовательских конференций.
Тема 5 Свободное моделирование, 3 часа
Литература для учащихся
Литература для учителя
/02.31/t45.htm
Интернет - ресурсы
Календарно-тематическое планирование занятий кружка «Робототехника»
|
Дата |
Тема |
||
|
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. В т.ч. - бои роботов (неразрушающие). Конструкторы и «самодельные» роботы. |
||
|
Конструкторы компании ЛЕГО |
Лекция. Информация о имеющихся конструкторах компании ЛЕГО, их функциональном назначении и отличии, демонстрация имеющихся у нас наборов |
||
|
Знакомство с набором Lego Mindstorm s NXT 2.0 |
Лекция. Знакомимся с набором Lego Mindstorms NXT 2.0 сборки 8547. 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. |
||
|
Конструирование первого робота |
Практика. Собираем первую модель робота «Пятиминитука» по инструкции. |
||
|
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". |
||
|
Программирование робота |
Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий из 4-5 блоков |
||
|
Конструирование трехколесного робота |
Создаём
и тестируем "Трёхколёсного
робота
". |
||
|
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
" 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. |
||
|
Сборка гусеничного робота по инструкции |
Создаём
и тестируем "Гусеничного
робота
". |
||
|
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. |
||
|
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. |
||
|
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/нетбука. |
||
|
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. |
||
|
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. |
||
|
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. |
||
|
Разработка проектов по группам. |
Цель:
Сформировать задачу на разработку
проекта группе учеников. 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. Шаг 2. При готовности описательной части проекта создам действующую 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 6. Определяемся с речью для защиты проекта. Записываем, сохраняем, репитируем. Цель: Научиться публично представлять свои изобретения. Публичная ЗАЩИТА проектов с приглашением представителей администрации, педагогов. |
||
|
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 запрограммирования 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. |
||
|
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 по этой ссылке . Собираем робота по инструкции, загружаем программу, изучаем его поведение: запкскаем, наблюдаем, тестируем. Меняем программу, добиваемся изменения принципа работы робота. Меняем его конструкцию. |
||
|
Конструирование колёсного или гусеничного робота. |
Цель: придумать и собрать робота. Самостоятельно запрограмиировать робота. Придумываем конструкцию, которую мы бы хотели собрать. Назовём конструкци 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. |
||
|
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". Проводим "отсев" двоечников, выбираем учеников, способных изучать робототехнику на повышенном уровне. Формируем из них группу для обучения на второй год. |
||
|
Сборка робота-богомола |
Собираем
и программируем робота-богомола МАНТИ.
Урок 1. |
||
|
Сборка робота высокой сложности |
Собираем
робота АЛЬФАРЕКСА (ALFAREX) урок 1. |
||
|
Программирование робота высоко сложности |
Программируем робота АЛЬФАРЕКСА, готовимся к показательным выступлениям. |
||
|
Показательное выступление |
Показательный урок: демонстрируем робота, запускаем программу, показываем возможности движения, соревнуемся на скорость перемещения. Команда-победитель получает призы. |
||
|
Свободное моделирование. |
Собираем любую по желанию модель. |
||
|
Свободное моделирование |
Собираем любую по желанию модель. Резервный урок. |
||
|
Резервный урок |
|||
|
Резервный урок |
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
/projects/lego/lego6/beliovskaya/
Дьякова Наталья Анатольевна
,
р.п. Тальменка, учитель информатики, Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение «Тальменская средняя общеобразовательная школа №6» Тальменского района Алтайского края
,
[email protected]
Пояснительная записка
Программа курса составлена в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта начального общего образования.
В настоящее время автоматизация достигла такого уровня, при котором технические объекты выполняют не только функции по обработке материальных предметов, но и начинают выполнять обслуживание и планирование. Человекоподобные роботы уже выполняют функции секретарей и гидов. Робототехника уже выделена в отдельную отрасль.
Робототехника - это проектирование, конструирование и программирование всевозможных интеллектуальных механизмов - роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами.
Сегодня человечество практически вплотную подошло к тому моменту, когда роботы будут использоваться во всех сферах жизнедеятельности. Поэтому курсы робототехники и компьютерного программирования необходимо вводить в образовательные учреждения.
Изучение робототехники позволяет решить следующие задачи, которые стоят перед информатикой как учебным предметом. А именно, рассмотрение линии алгоритмизация и программирование, исполнитель, основы логики и логические основы компьютера.
Также изучение робототехники возможно в курсе математики (реализация основных математических операций, конструирование роботов), технологии (конструирование роботов, как по стандартным сборкам, так и произвольно), физики (сборка деталей конструктора, необходимых для движения робота-шасси).
Цель: создание условий для изучения основ алгоритмизации и программирования с использованием робота Lego Mindstorms NXT, развития научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка путём организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники.
Задачи:
оказать содействие в конструировании роботов на базе микропроцессора NXT;
освоить среду программирования ПервоРобот NXT;
оказать содействие в составлении программы управления Лего-роботами;
развивать творческие способности и логическое мышление обучающихся;
развивать умение выстраивать гипотезу и сопоставлять с полученным результатом;
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 применение знаний из различных областей знаний;
развивать 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.
Основными педагогическими принципами, обеспечивающими реализацию программы кружка «Основы робототехники», являются:
- Принцип максимального разнообразия предоставленных возможностей для развития личности;
- Принцип возрастания роли внеурочной работы;
- Принцип индивидуализации и дифференциации обучения;
- Принцип свободы выбора учащимися образовательных услуг, помощи и наставничества.
В качестве платформы для создания роботов используется конструктор Lego Mindstorms NXT. На занятиях по робототехнике осуществляется работа с конструкторами серии LEGO Mindstorms. Для создания программы, по которой будет действовать модель, используется специальный язык программирования ПервоРобот NXT.
Конструктор LEGO Mindstorms позволяет школьникам в форме познавательной игры узнать многие важные идеи и развить необходимые в дальнейшей жизни навыки. Lego-робот поможет в рамках изучения данной темы понять основы робототехники, наглядно реализовать сложные алгоритмы, рассмотреть вопросы, связанные с автоматизацией производственных процессов и процессов управления. Робот рассматривается в рамках концепции исполнителя, которая используется в курсе информатики при изучении программирования. Однако в отличие от множества традиционных учебных исполнителей, которые помогают обучающимся разобраться в довольно сложной теме, Lego-роботы действуют в реальном мире, что не только увеличивает мотивационную составляющую изучаемого материала, но вносит в него исследовательский компонент.
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.
Отличительные особенности программы: реализация программы осуществляется с использованием 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. Простота в построении модели в сочетании с большими конструктивными возможностями конструктора позволяют детям в конце занятия увидеть сделанную своими руками модель, которая выполняет поставленную ими же самими задачу. При построении модели затрагивается множество проблем из разных областей знания – от теории механики до психологии.
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.
Используются такие педагогические технологии как обучение в сотрудничестве, индивидуализация и дифференциация обучения, проектные методы обучения, технологии использования в обучении игровых методов, информационно-коммуникационные технологии.
Формы контроля и оценки образовательных результатов.
Текущий контроль уровня усвоения материала осуществляется по результатам выполнения обучающихся практических заданий.
Итоговый контроль реализуется в форме соревнований (олимпиады) по робототехнике.
Предполагаемые результаты освоения темы:
Процесс изучения темы направлен на формирование следующих компетенций:
общекультурные компетенции (ОК):
Владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);
умеет логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК - 6);
готов к взаимодействию с коллегами, к работе в коллективе (ОК-7);
владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК - 8);
способен понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества (ОК - 12);
способен использовать навыки публичной речи, ведения дискуссии и полемики (ОК-16);
общепрофессиональные компетенции (ОПК):
Осознает социальную значимость своей будущей профессии, обладает мотивацией к осуществлению профессиональной деятельности (ОПК-1);
способен использовать систематизированные теоретические и практические знания гуманитарных, социальных и экономических наук при решении социальных и профессиональных задач (ОПК-2);
специальные компетенции (СК):
Готов применять знания теоретической информатики, фундаментальной и прикладной математики для анализа и синтеза информационных систем и процессов (СК-1);
способен использовать математический аппарат, методологию программирования и современные компьютерные технологии для решения практических задач получения, хранения, обработки и передачи информации (СК-2);
владеет современными формализованными математическими, информационно-логическими и логико-семантическими моделями и методами представления, сбора и обработки информации (СК-3);
способен реализовывать аналитические и технологические решении в области программного обеспечения и компьютерной обработки информации (СК-4);
Организация учебного процесса. Изучение темы предусматривает организацию учебного процесса в двух взаимосвязанных и взаимодополняющих формах:
Урочная форма, в которой преподаватель объясняет новый материал и консультирует обучающихся в процессе выполнения ими практических заданий на компьютере;
внеурочная форма, в которой обучающиеся после занятий (дома или в компьютерной аудитории) самостоятельно выполняют на компьютере практические задания.
Изучение темы обучающимися может проходить самостоятельно. Для этого рекомендуем использовать ЦОР «Основы робототехники».
Основные виды деятельности
- Знакомство с интернет-ресурсами, связанными с робототехникой;
- Проектная деятельность;
- Работа в парах, в группах;
- Соревнования.
Формы работы, используемые на занятиях:
- лекция;
- беседа;
- демонстрация;
- практика;
- творческая работа;
- проектная деятельность.
Оборудование:
мультимедийный проектор;
робот Lego Mindstorms;
доска;
карточки;
презентация (ЦОР «Основы робототехники»)
Содержание курса «Основы робототехники» 1 год обучения
Введение в робототехнику – 2 ч.
История развития робототехники.
Введение понятия «робот». Поколения роботов. Классификация роботов.
Значимость робототехники в учебной дисциплине информатика.
Конструирование роботов – 30 ч.
Основы конструирования роботов. Особенности конструирования Lego – роботов. Стандартные модели Lego Mindstorms. Сборка стандартных моделей Lego Mindstorms: «Tribot», «Пятиминутка», «Spike», «Robogator».
Бот-внедорожник, трехколесный бот, линейный ползун, исследователь, нападающий коготь, гоночная машина – «Автобот», шарикопульт, робот-база с 3-мя двигателями.
Подготовка к выставке – 2 ч.
Выставка (зачет) – 1 ч.
Программирование роботов – 20 ч.
Интерфейс ПервоРоботNXT. Набор Lego Mindstorms. Подключение ПервоРоботNXT.
Датчики и интерактивные сервомоторы. Калибровка датчиков.
Направляющая и начало программы. Палитры блоков.
Блоки стандартной палитры ПервоРоботNXT: блоки движения, звука, дисплея, паузы.
Блок условия. Работа с условными алгоритмами.
Блок цикла. Работа с циклическими алгоритмами.
Математические операции в ПервоРоботNXT.
Логические операции в ПервоРоботNXT.
Конструирование, программирование роботов – 9 ч.
Основы конструирования роботов. Особенности конструирования Lego – роботов.
Основы программирования роботов. Особенности программирования Lego – роботов.
Бот-внедорожник
- Собираем и программируем Бот-внедорожник, используя датчик касания.
Исследователь
- Всем хорош "Бот-внедорожник": манёвренный, бронированный, умный. Ему бы ещё ультра-зрение бы добавить... Добавляем! Встречайте: Исследователь - вот вам робот с искусственным интеллектом среднего уровня!
Гоночная машина – «Автобот»
- Есть возможность и удалённого управления, и "мозги", позволяющие принимать решения, считывая цветные линии на полу!
Робот «Alpha Rex»
Подготовка к соревнованиям – 5 ч.
Кегельринг.
Итоговые соревнования (зачет) – 1 ч.
Личностные, метапредметные и предметные результаты изучения курса «Основы робототехники»
Личностные результаты
К личностным результатам освоения курса можно отнести:
критическое отношение к информации и избирательность её восприятия;
осмысление мотивов своих действий при выполнении заданий;
развитие любознательности, сообразительности при выполнении разнообразных заданий проблемного и эвристического характера;
развитие внимательности, настойчивости, целеустремленности, умения преодолевать трудности – качеств весьма важных в практической деятельности любого человека;
развитие самостоятельности суждений, независимости и нестандартности мышления;
воспитание чувства справедливости, ответственности;
начало профессионального самоопределения, ознакомление с миром профессий, связанных с робототехникой.
Метапредметные результаты
Регулятивные универсальные учебные действия:
принимать и сохранять учебную задачу;
планировать последовательность шагов алгоритма для достижения цели;
формировать умения ставить цель – создание творческой работы, планировать достижение этой цели;
осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату;
адекватно воспринимать оценку учителя;
различать способ и результат действия;
вносить коррективы в действия в случае расхождения результата решения задачи на основе ее оценки и учета характера сделанных ошибок;
в сотрудничестве с учителем ставить новые учебные задачи;
проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве;
осваивать способы решения проблем творческого характера в жизненных ситуациях;
оценивать получающийся творческий продукт и соотносить его с изначальным замыслом, выполнять по необходимости коррекции либо продукта, либо замысла.
Познавательные универсальные учебные действия:
осуществлять поиск информации в индивидуальных информационных архивах учащегося, информационной среде образовательного учреждения, в федеральных хранилищах информационных образовательных ресурсов;
использовать средства информационных и коммуникационных технологий для решения коммуникативных, познавательных и творческих задач;
ориентироваться на разнообразие способов решения задач;
осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных признаков;
проводить сравнение, классификацию по заданным критериям;
строить логические рассуждения в форме связи простых суждений об объекте;
устанавливать аналогии, причинно-следственные связи;
моделировать, преобразовывать объект из чувствен¬ной формы в модель, где выделены существенные характе¬ристики объекта (пространственно-графическая или знаково-символическая);
синтезировать, составлять целое из частей, в том числе самостоятельное достраивание с восполнением недостающих компонентов;
выбирать основания и критерии для сравнения, сериации, классификации объектов;
Коммуникативные универсальные учебные действия:
аргументировать свою точку зрения на выбор оснований и критериев при выделении признаков, сравнении и классификации объектов;
выслушивать собеседника и вести диалог;
признавать возможность существования различных точек зрения и права каждого иметь свою;
планировать учебное сотрудничество с учителем и сверстниками - определять цели, функций участников, способов взаимодействия;
осуществлять постановку вопросов - инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации;
разрешать конфликты – выявление, идентификация проблемы, поиск и оценка альтернативных способов разрешения конфликта, принятие решения и его реализация;
управлять поведением партнера - контроль, коррекция, оценка его действий;
уметь с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;
владеть монологической и диалогической формами речи.
Предметные результаты
По окончании 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;
- конструктивные особенности различных роботов;
- как передавать программы NXT;
- как использовать созданные программы;
- приемы и опыт конструирования с использованием специальных элементов, и других объектов и т.д.;
- основные алгоритмические конструкции, этапы решения задач с использованием ЭВМ.
уметь:
- использовать основные алгоритмические конструкции для решения задач;
- конструировать различные модели; использовать созданные программы;
- применять полученные знания в практической деятельности;
владеть:
- навыками работы с роботами;
- навыками работы в среде ПервоРобот NXT.
Литература для учителя:
Lego Mindstorms: Создавайте и программируйте роботов по вашему желанию. Руководство пользователя
Методические аспекты изучения темы «Основы робототехники» с использованием Lego Mindstorms, Выпускная квалификационная работа Пророковой А.А.
Программа «Основы робототехники», Алт ГПА
Интернет- ресурсы:
http://www.gruppa-prolif.ru/content/view/23/44/
http://robotics.ru/
http://moodle.uni-altai.ru/mod/forum/discuss.php?d=17
http://ar.rise-tech.com/Home/Introduction
http://www.prorobot.ru/lego/robototehnika_v_shkole_6-8_klass.php
http://www.prorobot.ru/lego.php
http://robotor.ru
Литература для ученика:
Lego Mindstorms: Создавайте и программируйте роботов по вашему желанию. Руководство пользователя.
Интернет- ресурсы:
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.
Благодаря техническому прогрессу с каждым годом количество роботов-помощников для человека становится всё больше.Как Вы думаете что будет через несколько лет?С чем могут столкнуться наши дети?Поэтому очень важно помочь каждому ребёнку раскрыть интерес к программированию и конструированию.Ведь это и есть одна из главных целей робототехнического кружка.
Детское творчество-это то,что помогает ребёнку проявлять себя,экспериментировать и создавать нечто новое.Программа технической направленности по работе с детьми дошкольного возраста"Роботёнок" предлагает педагогам и воспитателям способы увлечь ребёнка робототехникой и в дальнейшем вывести его на соревнования всероссийского масштаба,такие как РобоФест.
Возраст
: 10 - 15 лет.
Предмет
: «Спортивная робототехника», состязание «Траектория».
Тип занятия
: практика.
Оборудование
: наборы конструкторов Lego Mindstorms Education NXT, EV3; ноутбуки/стационарные компьютеры; цветной принтер; учебная доска.
Цели занятия
: научить обучающихся находить и исправлять программные ошибки в работе робота при помощи специальной программной среды.
Состав группы учащихся
: 2 - 6 человек.
Форма работы
: индивидуальная.
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 |
