Паспорт образовательной программы «Робототехника»

Паспорт 

образовательной  программы «Робототехника»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Робототехника – это проектирование, конструирование и программирование всевозможных интеллектуальных механизмов-роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами. 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. Сегодня человечество практически вплотную подошло к тому моменту, когда роботы будут использоваться во всех сферах жизнедеятельности. Поэтому изучение робототехники и компьютерного программирования актуально на сегодняшний день.

Цель: создание условий для изучения основ алгоритмизации и программирования с использованием робота Lego EV3, развития научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка путём организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники.

Задачи:

Обучающие:

познакомить с основными принципами механики: конструкции и механизмы для передачи и преобразования движения; познакомить с историей развития и передовыми направлениями робототехники; познакомить с основным элементами конструктора Lego и способами их соединения; познакомить с основами программирования в компьютерной среде EV3; научить читать элементарные схемы, а также собирать модели по предложенным схемам и инструкциям; научить устанавливать причинно-следственные связи: решение логических задач; научить проводить экспериментальные исследования с оценкой (измерением) влияния отдельных факторов, а также научить анализировать результаты и находить новые решения: создание проектов.

Развивающие:

мотивировать к изучению наук естественнонаучного цикла: физики, информатики (программирование и автоматизированные системы управления) и математики; ориентировать на инновационные технологии и методы организация практической деятельности в сферах общей кибернетики и роботостроения; развивать образное мышление, конструкторские способности детей; развивать умение довести решение задачи от проекта до работающей модели; развивать умение отстаивать свою точку зрения, самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений; развивать словарный запас и навыки общения детей, умение работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности.

Воспитательные:

организовать занятость школьников во внеурочное время; привить трудолюбие, аккуратность, самостоятельность, ответственность, активность, стремление к достижению высоких результатов; получить опыт самостоятельной образовательной, общественной, проектно-исследовательской деятельности; научить корректно отстаивать свою точку зрения; сформировать культуру общения и поведения в коллективе.

Отличительные особенности программы. Настоящий курс предлагает использование образовательных конструкторов Lego EV3 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:

естественные науки: изучение процесса передачи движения и преобразования энергии в машине. Идентификация простых механизмов, работающих в модели, включая рычаги, зубчатые и ременные передачи. Ознакомление с более сложными типами движения, использующими кулачок, червячное и коронное зубчатые колеса. Понимание того, что трение влияет на движение модели. Понимание и обсуждение критериев испытаний. Понимание потребностей живых существ;

технология (проектирование): создание и программирование действующих моделей. Интерпретация двухмерных и трехмерных иллюстраций и моделей. Понимание того, что животные используют различные части своих тел в качестве инструментов. Сравнение природных и искусственных систем. Использование программного обеспечения для обработки информации. Демонстрация умения работать с цифровыми инструментами и технологическими системами;

технология (реализация проекта): сборка, программирование и испытание моделей. Изменение поведения модели путём модификации её конструкции или посредством обратной связи при помощи датчиков. Организация мозговых штурмов для поиска новых решений. Обучение принципам совместной работы и обмена идеями;

математика: измерение времени в секундах с точностью до десятых долей. Оценка и измерение расстояния. Усвоение понятия случайного события. Связь между диаметром и скоростью вращения. Использование чисел для задания звуков и для задания продолжительности работы мотора. Установление взаимосвязи между расстоянием до объекта и показанием датчика расстояния. Установление взаимосвязи между положением модели и показаниями датчика наклона. Использование чисел при измерениях и при оценке качественных параметров;

развитие речи: общение в устной или в письменной форме с использованием специальных терминов. Подготовка и проведение демонстрации модели. Использование интервью, чтобы получить информацию и написать рассказ. Написание сценария с диалогами. Описание логической последовательности событий, создание постановки с главными героями и её оформление визуальными и звуковыми эффектами. Применение мультимедийных технологий для генерирования и презентации идей. Участие в групповой работе.

Интегрирование различных школьных предметов в учебном курсе ЛЕГО открывает возможности для овладения новыми навыками и расширения круга интересов.

Возраст детей. Образовательная программа «Робототехника»  предназначена для обучения школьников в возрасте от 11 до14 лет.

Сроки реализации программы, этапы. Образовательная программа «Робототехника» рассчитана на один год обучения продолжительностью 70 учебных часа.

Формы проведения учебных занятий – по группам.

Методы организации занятий: объяснение педагога, беседа, рассказ педагога,

демонстрация мультимедиа материала, опрос методом тестирования, практические занятия в виде игры, проектная деятельность, соревновательные элементы. Основной формой является комбинированное занятие, включающее в себя: организационный момент, повторение пройденного материала, введение нового материала, подведение итогов. Обучение происходит в виде теоретических и практических занятий.

Режим занятий. Занятия по программе проводятся один раз в неделю по 2 часа.

Ожидаемые результаты и способы определения их результативности.

Результаты освоения образовательной программы «Робототехника» разработаны с учетом требований Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования и включают:

Личностные результаты:

формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию; развитие самостоятельности, личной ответственности за свои поступки; мотивация детей к познанию, творчеству, труду; формирование осознанного, уважительного и доброжелательного отношения к другому человеку; формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками в процессе разных видов деятельности.

Метапредметные результаты:

формирование умения самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности; формирование умения самостоятельно планировать пути достижения целей, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач; формирование умения понимать причины успеха/неуспеха учебной деятельности; овладение различными способами поиска информации в соответствии с поставленными задачами; готовность слушать собеседника и вести диалог; излагать свое мнение и аргументировать свою точку зрения; формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий; овладение основами конструирования, проектирования, механики, программирования в компьютерной среде EV3.

Предполагается, что к концу обучения по данной программе обучающиеся:

будут знать основные принципы механики, и применять их для построения моделей роботов; познакомятся с историей развития и передовыми направлениями робототехники; будут знать основные элементы конструктора Lego и способы их соединения; будут определять конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов; освоят основы программирования в компьютерной среде EV3; научатся читать элементарные схемы, а также собирать модели как по предложенным схемам и инструкциям, так и по собственному замыслу; научатся решать логические задачи; научатся проводить экспериментальные исследования с оценкой (измерением) влияния отдельных факторов; научатся анализировать результаты и находить новые решения.

Результативность выполнения данной программы определяется с помощью

устного опроса, тестирования, реализации проектов, участия в соревнованиях по лего-конструированию.

Условия оценки знаний обучающихся:

Формы подведения итогов реализации программы. Итоги реализации образовательной программы «Робототехника» проводятся в форме участия в соревнованиях, реализации проектов.

Также программа обладает профориентационной направленностью. В ходе обучения по данной программе обучающийся сможет определить свои склонности к инженерно-техническому конструированию и моделированию, которые помогут в дальнейшем самоопределении.

УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

Введение в робототехнику. Конструктор Lego: ТБ. Введение в робототехнику.  Знакомство с конструктором. Способы соединения деталей. Конструирование первого робота.

Теоретическая часть: понятие «робот», «робототехника», применение роботов в различных сферах жизни человека, значение робототехники. Видеобзор моделей роботов.

Практическая часть: ознакомление с комплектом деталей для изучения робототехники: контроллер, сервоприводы, соединительные кабели, датчики, порты подключения. Создание приводной платформы.

Программирование в среде EV3: Обзор среды программирования. Создание первого проекта. Подключение робота к компьютеру.  Моторы. Программирование движений по различным траекториям.  Работа с подсветкой, экраном, звуком.

Теоретическая часть: понятие «среда программирования», логические блоки. Показ написания простейшей программы для робота. Понятие «программа», «алгоритм». Алгоритм движения по прямой. Написание линейной программы. Понятия «рулевое управление», «мощность», «независимое управление моторами». Блоки управления средними моторами.

Практическая часть: интерфейс программы LEGOMINSTORMS EducationEV3 и работа с ним. Написание программы для перемещения по прямой по образцу, настройка конфигурации режимов программируемых блоков, параметров и значений. Использование блока «рулевое управление» для управления приводной платформой. Загрузка программы в модуль EV3 и ее тестирование. Использование блока «Независимое управление моторами» для управления приводной платформой.

Работа с датчиками EV3: Датчик цвета. Датчик касания.  Гироскопический датчик. Ультразвуковой датчик.

Теоретическая часть: понятие яркости отраженного света. Знакомство с датчиком цвета. Знакомство с гироскопическим датчиком, правила работы с ним. Знакомство с ультразвуковым датчиком и режимом «ожидания изменения». Принципы управления ультразвукового датчика. Измерение расстояния до препятствия.  Написание программы с циклом. Понятие «цикл». Использование блока «цикл» в программе. Знакомство с датчиком касания. Знакомство с ветвящимися алгоритмическими структурами. Настройка датчика цвета.

Практическая часть: внесения изменений в конструкцию приводной платформы. Использование датчика цвета для остановки приводной платформы при обнаружении линии. Использование гироскопического датчика для поворота на 45 градусов. Использование режима ультразвукового датчика «ожидание изменения» для определения приближения к объекту. Создание отладка программы с использованием блока цикла для повторения серии действий. Использование блока переключения для принятия решений в динамическом процессе на основании информации датчика.

Конструирование и программирование усложненных моделей. Разработка проектов.  Соревнование.

Теоретическая часть: функциональные особенности робота «Гиробой», разбор готовой программы для «Гиробоя». Функциональные особенности робота «Сортировщик цветов», разбор готовой программы для «Сортировщика цветов». Функциональные особенности робота «Щенок», разбор готовой программы для «Щенка».

Практическая часть: конструирование и программирование роботов с использованием всех моторов и датчиков EV3. Создание собственных роботов учащимися и их презентация.

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ

Для реализации программы используются разнообразные формы и методы проведения занятий. Это рассказ, беседы, лекции, из которых дети узнают много новой информации; практические задания для закрепления теоретических знаний и реализации собственной творческой мысли. Занятия сопровождаются использованием наглядного материала. Программно-методическое и информационное обеспечение помогают проводить занятия интересно и грамотно. Разнообразные занятия дают возможность детям проявить свою индивидуальность, самостоятельность, способствуют гармоничному и духовному развитию личности.

Основными принципами в освоении образовательной программы «Робототехника» являются: наглядность, систематичность и последовательность обучения, а также доступность.

В качестве платформы для создания роботов используется конструктор Lego EV3. На занятиях по робототехнике осуществляется работа с конструкторами серии LEGO EV3, для программирования которого используется среда EV3.

Конструктор LEGO EV3 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.

Технические средства обучения:

Компьютер; Проектор; Комплекты ЛЕГО-конструкторов;

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.

ЛИТЕРАТУРА