Формирование умений и навыков в сфере технического проектирования, моделирования и конструирования
Пояснительная записка
Современный этап развития общества характеризуется ускоренными темпами освоения техники и технологий. Непрерывно требуются новые идеи для создания конкурентоспособной продукции, подготовки высококвалифицированных кадров. Внешние условия служат предпосылкой для реализации творческих возможностей личности, имеющей в биологическом отношении безграничный потенциал.
Школьное образование должно соответствовать целям опережающего развития. Для этого в школе должно быть обеспечено
• изучение не только достижений прошлого, но и технологий, которые пригодятся в будущем,
• обучение, ориентированное как на знаниевый, так и деятельностный аспекты содержания образования.
Таким требованиям отвечает робототехника.
В наше время робототехники и компьютеризации подростков необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и запрограммировать. Предмет робототехники – это создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения.
Направленность программы - научно-техническая. Программа направлена на привлечение учащихся к современным технологиям конструирования, программирования и использования роботизированных устройств.
Введение дополнительной образовательной программы «Робототехника» в школе неизбежно изменит картину восприятия учащимися технических дисциплин, переводя их из разряда умозрительных в разряд прикладных. Применение детьми на практике теоретических знаний, полученных на математике или физике, ведет к более глубокому пониманию основ, закрепляет полученные навыки, формируя образование в его наилучшем смысле.
Нормативные правовые документы, на основании которых разработана рабочая программа:
учебного плана МБОУ СОШ №
закона об образовании.
Место программы «Роботехника и лего конструирование» в учебном плане
Данная программа и составленное тематическое планирование рассчитано на 34 часа (1 час в неделю) во 2 – 4 классах и на 34 часа (1 час в неделю) во 5 – 8 классах.
Для реализации программы данный курс обеспечен наборами-лабораториями Лего серии Образование "Конструирование первых роботов" (Артикул: 9580 Название:WeDo™ RoboticsConstructionSet Год выпуска: 2009) и диском с программным обеспечением для работы с конструктором ПервоРобот LEGO® WeDo™ (LEGO EducationWeDo), компьютерами, принтером, сканером, видео оборудованием. В качестве базового оборудования для старшей группы используются конструкторы Lego Mindstorms NXT, 0 и визуальной среды программирования для обучения робототехнике LEGO MINDSTORMS Education NXT которые позволяют через занятия робототехникой познакомить подростка с законами реального мира и особенностями функционирования восприятия этого мира кибернетическими механизмами.
Цель образовательной программы
Формирование умений и навыков в сфере технического проектирования, моделирования и конструирования
Задачи образовательной программы
Образовательные
· Использование современных разработок по робототехнике в области образования, организация на их основе активной внеурочной деятельности учащихся
· Реализация межпредметных связей с физикой, информатикой и математикой
· Решение учащимися ряда кибернетических задач, результатом каждой из которых будет работающий механизм или робот с автономным управлением
Развивающие
· Развитие у школьников инженерного мышления, навыков конструирования, программирования и эффективного использования кибернетических систем
· Развитие мелкой моторики, внимательности, аккуратности и изобретательности
· Развитие креативного мышления и пространственного воображения учащихся
Воспитательные
· Повышение мотивации учащихся к изобретательству и созданию собственных роботизированных систем
· Формирование у учащихся стремления к получению качественного законченного результата
· Формирование навыков проектного мышления, работы в команде
Актуальность данной программы состоит в том, что робототехника в школе способствует развитию коммуникативных способностей обучающихся, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Дети и подростки лучше понимают, когда они что-либо самостоятельно создают или изобретают. При проведении занятий по робототехнике этот факт не просто учитывается, а реально используется на каждом занятии.
Реализация этой программы помогает развитию коммуникативных навыков учащихся за счет активного взаимодействия детей в ходе групповой проектной деятельности.
Новизна программы заключается в изменении подхода к обучению подростков, а именно – внедрению в образовательный процесс новых информационных технологий, сенсорное развитие интеллекта учащихся, который реализуется в телесно-двигательных играх, побуждающих учащихся решать самые разнообразные познавательно-продуктивные, логические, эвристические и манипулятивно-конструкторские проблемы.
В наше время робототехники и компьютеризации подростков необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и запрограммировать.
Содержание программы
| № раздела | № занятия | Тема занятия | Теоретическая часть | Практическая часть |
| 1 - 2 | Вводное занятие | Понятие «робот», «робототехника». Применение роботов в различных сферах жизни человека, значение робототехники. Просмотр видеофильма об использовании роботов. Техника безопасности | Введение. Знакомство с конструктором Лего. Что входит в 9580 Конструктор ПервоРобот LEGO® WeDo™. Организация рабочего места. | |
| 3- 4 | Изучение механизмов | Как работать с инструкцией. Проектирование моделей-роботов. Символы. Терминология. Показ действующей модели робота и его программ: на основе датчика освещения, ультразвукового датчика, датчика касания. | ||
| 5 - 7 | Изучение датчиков и моторов | Среда конструирования. О сборке и программировании. | Мотор и ось. Зубчатые колеса. Промежуточное зубчатое колесо. Понижающая и повышающая зубчатые передачи. Датчики наклона, касания, расстояния. Увеличение и снижение скорости | |
| 8 - 10 | Программирование WeDo | Среда программирования. О сборке и программировании. | Блок «Цикл». Блок «Прибавить к экрану», «Вычесть из Экрана». Блок «Начать при получении письма» | |
| 11 - 15 | Забавные механизмы 1. Танцующие птицы 2. Умная вертушка 3. Порхающая птица | Разработка, сборка и программирование механизмов | Сравнение механизмов. Танцующие птицы, умная вертушка, порхающая птица, (сборка, программирование, измерения и расчеты). | |
| 16 - 20 | Звери 1.Голодный аллигатор 2. Рычащий лев 3.Обезьянка-барабанщица | Разработка, сборка и программирование механизмов | Сравнение механизмов. Голодный аллигатор, рычащий лев обезьянка-барабанщица, (сборка, программирование, измерения и расчеты). | |
| 21 - 25 | Футбол 1.Нападающий 2.Вратарь 3.Ликующие болельщики | Создание отчета, презентации, придумывание сюжета для представления модели. | Создание и программирование моделей. Создание моделей с использованием ресурсных наборов. | |
| 26 - 30 | Приключения1.Спасение самолета 2. Спасение от великана 3. Непотопляемый парусник | Написание и обыгрывание сценария «Приключение Маши и Макса» с использованием трех моделей (из раздела «Приключения») | Развитие (создание и программирование) модели с более сложным поведением. | |
| 31 - 34 | Разработка, сборка и программирование своих моделей | Конкурс конструкторских идей. Создание и программирование собственных механизмов и моделей с помощью набора Лего | Разработка индивидуальных моделей с использованием ресурсных моделей ЛЕГО. |
Старшая группа
Конструктор LEGO Mindstorms позволяет школьникам в форме познавательной игры узнать многие важные идеи и развить необходимые в дальнейшей жизни навыки. 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.
Цель: развитие научно-технического и творческого потенциала личности ребёнка путём организации его деятельности в процессе интеграции начального инженерно-технического конструирования и основ робототехники.
Задачи:
1. Развитие у школьников инженерного мышления, навыков конструирования, программирования и эффективного использования кибернетических систем.
2. Реализация межпредметных связей с информатикой и математикой
3. Решение учащимися ряда кибернетических задач, результатом каждой из которых будет работающий механизм или робот с автономным управлением
Содержание программы
| № раздела | № занятия | Тема занятия | Теоретическая часть | Практическая часть |
| 1 - 2 | Робототехника для начинающих, базовый уровень Основы робототехники. Понятия: датчик, интерфейс, алгоритм и т.п. | Понятие «робот», «робототехника». Применение роботов в различных сферах жизни человека, значение робототехники. Просмотр видеофильма о роботизированных системах. 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 | |
| 3 - 5 | Твой конструктор (состав, возможности) Основные детали (название и назначение) Датчики (назначение, единицы измерения) Двигатели Микрокомпьютер NXT Аккумулятор (зарядка, использование) Как правильно разложить детали в наборе | Компьютерная база ФМЛ, Конструктор 9797 ”Lego Mindstorms NXT” ПО ”Lego Mindstorms NXT Edu”, дополнительные датчики. Соединительные элементы. Конструкционные элементы. Специальные детали. | Электронные компоненты Микропроцессорный модуль NXT с батарейным блоком. Три мотора со встроенными датчиками. Ультразвуковой датчик (датчик расстояния). Датчик касания. Датчик звука – микрофон. Датчик освещенности. | |
| 6 - 7 | Моя первая программа Программное обеспечение NXT Требования к системе. Установка программного обеспечения. Интерфейс программного обеспечения. | 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. | |
| 8 - 9 | Ознакомление с визуальной средой программирования Палитра программирования. Панель настроек. | Понятие «среда программирования», «логические блоки». Программирование и робототехника. Показ написания простейшей программы для робота. | Интерфейс программы LEGOMINDSTORMSEducationNXT и работа с ним. Написание программы для воспроизведения звуков и изображения по образцу | |
| Робот в движении. Сборка модели по технологическим картам. Составление простой программы для модели, используя встроенные возможности NXT (программа из ТК + задания на понимание принципов создания программ) | 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. | ||
| 11 -12 | Программа с циклом | Написание программы с циклом. Понятие «цикл». Использование блока «цикл» в программе. | Создание и отладка программы для движения робота по «восьмерке» | |
| 13 - 14 | Робот движется по окружности, в произвольном направлении | Понятие «генератор случайных чисел». Использование блока «случайное число» для управления движением робота | Создание программы для движения робота по случайной траектории | |
| Робот движется по заданной линии | Теория движения робота по сложной траектории | Написание программы для движения по контуру треугольника, квадрата | ||
| 16 - 17 | Робот, повторяющий воспроизведенные действия | Промышленные манипуляторы и их отладка. Блок «записи/воспроизведения» | Робот, записывающий траекторию движения и потом точно её воспроизводящий | |
| 18 - 19 | Робот, определяющий расстояние до препятствия | Ультразвуковой датчик | Робот, останавливающийся на определенном расстоянии до препятствия. Робот-охранник | |
| Ультразвуковой датчик управляет роботом | Робот, реагирующий на звук. Цикл и прерывания. Применение регуляторов. | Создание и отладка программы для движения робота внутри помещения и самостоятельно огибающего препятствия. | ||
| 21 - 22 | Робот-прилипала | Программа с вложенным циклом. Подпрограмма. Поиск объектов. Слежение за объектом. Основы технического зрения. Команды управления движением. | Робот, следящий за протянутой рукой и выдерживающий требуемое расстояние. Настройка иных действий в зависимости от показаний ультразвукового датчика | |
| 23 - 24 | 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. Зачет времени и количества ошибок | ||
| Робот с несколькими датчиками | Датчик касания, освещения, звука. | Создание робота и его программы с задним датчиком касания и передним ультразвуковым. | ||
| 28 - 29 | Футбол роботов | Программирование коллективного поведения и удаленного управления. Простейший искусственный интеллект. | Командные игры с использованием инфракрасного мяча и других вспомогательных устройств. | |
| 30 - 34 | Защита проекта «Мой собственный уникальный робот» | Трехмерное моделирование. Удаленное управление по bluetooth. | Создание собственных роботов учащимися и их презентация. |
Список литературы
Для педагога
1. Журнал «Компьютерные инструменты в школе», подборка статей за 2010 г. «Основы робототехники на базе конструктора Lego Mindstorms NXT».
2. Бабич А.В., Баранов А.Г., Калабин И.В. и др. Промышленная робототехника: Под редакцией Шифрина Я.А. – М.: Машиностроение, 2002.
3. Юревич Ю.Е. Основы робототехники. Учебное пособие. Санкт-Петербург: БВХ-Петербург, 2005.
4. http://www.legoeducation.info/nxt/resources/building-guides/
5. http://www.legoengineering.com/
Для детей и родителей
1. Журнал «Компьютерные инструменты в школе», подборка статей за 2010 г. «Основы робототехники на базе конструктора Lego Mindstorms NXT».
2. Я, робот. Айзек Азимов. Серия: Библиотека приключений. М: Эксмо, 2002.
Пояснительная записка
Современный этап развития общества характеризуется ускоренными темпами освоения техники и технологий. Непрерывно требуются новые идеи для создания конкурентоспособной продукции, подготовки высококвалифицированных кадров. Внешние условия служат предпосылкой для реализации творческих возможностей личности, имеющей в биологическом отношении безграничный потенциал.
Школьное образование должно соответствовать целям опережающего развития. Для этого в школе должно быть обеспечено
• изучение не только достижений прошлого, но и технологий, которые пригодятся в будущем,
• обучение, ориентированное как на знаниевый, так и деятельностный аспекты содержания образования.
Таким требованиям отвечает робототехника.
В наше время робототехники и компьютеризации подростков необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и запрограммировать. Предмет робототехники – это создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения.
Направленность программы - научно-техническая. Программа направлена на привлечение учащихся к современным технологиям конструирования, программирования и использования роботизированных устройств.
Введение дополнительной образовательной программы «Робототехника» в школе неизбежно изменит картину восприятия учащимися технических дисциплин, переводя их из разряда умозрительных в разряд прикладных. Применение детьми на практике теоретических знаний, полученных на математике или физике, ведет к более глубокому пониманию основ, закрепляет полученные навыки, формируя образование в его наилучшем смысле.
Нормативные правовые документы, на основании которых разработана рабочая программа:
учебного плана МБОУ СОШ №
закона об образовании.
Место программы «Роботехника и лего конструирование» в учебном плане
Данная программа и составленное тематическое планирование рассчитано на 34 часа (1 час в неделю) во 2 – 4 классах и на 34 часа (1 час в неделю) во 5 – 8 классах.
Для реализации программы данный курс обеспечен наборами-лабораториями Лего серии Образование "Конструирование первых роботов" (Артикул: 9580 Название:WeDo™ RoboticsConstructionSet Год выпуска: 2009) и диском с программным обеспечением для работы с конструктором ПервоРобот LEGO® WeDo™ (LEGO EducationWeDo), компьютерами, принтером, сканером, видео оборудованием. В качестве базового оборудования для старшей группы используются конструкторы Lego Mindstorms NXT, 0 и визуальной среды программирования для обучения робототехнике LEGO MINDSTORMS Education NXT которые позволяют через занятия робототехникой познакомить подростка с законами реального мира и особенностями функционирования восприятия этого мира кибернетическими механизмами.
Цель образовательной программы
формирование умений и навыков в сфере технического проектирования, моделирования и конструирования
Задачи образовательной программы
Образовательные
· Использование современных разработок по робототехнике в области образования, организация на их основе активной внеурочной деятельности учащихся
· Реализация межпредметных связей с физикой, информатикой и математикой
· Решение учащимися ряда кибернетических задач, результатом каждой из которых будет работающий механизм или робот с автономным управлением
Развивающие
· Развитие у школьников инженерного мышления, навыков конструирования, программирования и эффективного использования кибернетических систем
· Развитие мелкой моторики, внимательности, аккуратности и изобретательности
· Развитие креативного мышления и пространственного воображения учащихся
Воспитательные
· Повышение мотивации учащихся к изобретательству и созданию собственных роботизированных систем
· Формирование у учащихся стремления к получению качественного законченного результата
· Формирование навыков проектного мышления, работы в команде
Актуальность данной программы состоит в том, что робототехника в школе способствует развитию коммуникативных способностей обучающихся, развивает навыки взаимодействия, самостоятельности при принятии решений, раскрывает их творческий потенциал. Дети и подростки лучше понимают, когда они что-либо самостоятельно создают или изобретают. При проведении занятий по робототехнике этот факт не просто учитывается, а реально используется на каждом занятии.
Реализация этой программы помогает развитию коммуникативных навыков учащихся за счет активного взаимодействия детей в ходе групповой проектной деятельности.
Новизна программы заключается в изменении подхода к обучению подростков, а именно – внедрению в образовательный процесс новых информационных технологий, сенсорное развитие интеллекта учащихся, который реализуется в телесно-двигательных играх, побуждающих учащихся решать самые разнообразные познавательно-продуктивные, логические, эвристические и манипулятивно-конструкторские проблемы.
В наше время робототехники и компьютеризации подростков необходимо учить решать задачи с помощью автоматов, которые он сам может спроектировать, защищать свое решение и воплотить его в реальной модели, т.е. непосредственно сконструировать и запрограммировать.