Рабочая программа кружка "Робототехника"
рабочая программа (5, 6, 7, 8, 9 класс)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

         Робототехника – это создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения.

        Возникнув на основе кибернетики и механики, робототехника, в свою очередь, породила новые направления развития и самих этих наук.        Робототехника – это проектирование и конструирование всевозможных интеллектуальных механизмов-роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами.

                Программа по Робототехнике предусматривает работу с образовательными конструкторами по робототехнике Модель – XPO 001. Для создания программы, по которой будет действовать модель, используется специальная среда разработки программ VJC 4.0.

        Образовательная программа по робототехнике - это один из интереснейших способов изучения компьютерных технологий и программирования. Во время занятий, обучающиеся научатся проектировать, создавать и программировать роботов. Командная работа над практическими заданиями способствует глубокому изучению составляющих современных роботов, а визуальная программная среда позволит легко и эффективно изучить алгоритмизацию и программирование.

        В распоряжении детей будут предоставлены конструкторы, оснащенные специальным микропроцессором, позволяющим создавать программируемые модели роботов. С его помощью обучаемый может запрограммировать робота на выполнение определенных функций.

        Образовательный кружок по робототехнике научно-технической направленности.

В наше время робототехники и компьютеризации необходимо учить ребенка 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.         

        Актуальность данного кружка заключается в том, что в настоящий момент в России развиваются нано технологии, электроника, механика и программирование. т.е. созревает благодатная почва для развития компьютерных технологий и робототехники.

        В педагогической целесообразности этого кружка не приходиться сомневаться, т.к. дети научатся объединять реальный мир с виртуальным, в процессе конструирования и программирования получат дополнительное образование в области физики, механики, электроники и информатики.

Программа кружка рассчитана на детей в возрасте от 10 до 15 лет. Сроки реализации программы 1 год.

Цель программы: развитие творческих способностей и формирование раннего профессионального самоопределения подростков и юношества в процессе конструирования и проектирования.  

В результате изучения данного курса, обучающиеся:

• получат первоначальные знания по устройству робототехнических устройств;
• овладеют основными приемами сборки и программирования робототехнических средств;
• сформируют общенаучные и технологические навыки конструирования и проектирования;
• ознакомятся с правилами безопасной работы с инструментами необходимыми при конструировании робототехнических средств.

Получат возможность:

• формировать творческое отношение по выполняемой работе;
• воспитывать умение работать в коллективе;
• развивать творческую инициативу и самостоятельность;
• развивать психофизиологические качества: память, внимание, способность логически мыслить, анализировать, концентрировать внимание на главном.

Основными принципами обучения являются:

• Научность - предопределяет сообщение обучаемым только достоверных, проверенных практикой сведений, при отборе которых учитываются новейшие достижения науки и техники.
• Доступность- предусматривает соответствие объема и глубины учебного материала уровню общего развития учащихся в данный период, благодаря чему, знания и навыки могут быть сознательно и прочно усвоены.
• Связь теории с практикой- необходимо вести обучение так, чтобы обучаемые могли сознательно применять приобретенные ими знания на практике.
• Воспитательный характер обучения- процесс обучения является воспитывающим, ученик не только приобретает знания и нарабатывает навыки, но и развивает свои способности, умственные и моральные качества.
• Сознательность и активность обучения- в процессе обучения все действия, которые отрабатывает учащийся, должны быть обоснованы. Нужно учить, обучаемых, критически осмысливать, и оценивать факты, делая выводы, разрешать все сомнения с тем, чтобы процесс усвоения и наработки необходимых навыков происходили сознательно, с полной убежденностью в правильности обучения.  Активность в обучении предполагает самостоятельность, которая достигается хорошей теоретической и практической подготовкой и работой педагога.
• Наглядность- объяснение техники сборки робототехнических средств на конкретных изделиях и программных продукта. Для наглядности применяются существующие материалы, а также материалы своего изготовления.
• Систематичность и последовательность- учебный материал дается по определенной системе и в логической последовательности с целью лучшего его освоения. Как правило, этот принцип предусматривает изучение предмета от простого к сложному, от частного к общему.
• Прочность закрепления знаний, умений и навыков- качество обучения зависит от того, насколько прочно закрепляются знания, умения и навыки учащихся. Не прочные знания и навыки обычно являются причинами неуверенности и ошибок. Поэтому закрепление умений и навыков должно достигаться неоднократным целенаправленным повторением и тренировкой.
• Индивидуальный подход обучении – в процессе обучения педагог исходит из индивидуальных особенностей детей (уравновешенный, неуравновешенный, с хорошей памятью или не очень, с устойчивым вниманием или рассеянный, с хорошей или замедленной реакцией, и т.д.) и, опираясь на сильные стороны ребенка, доводит его подготовленность до уровня общих требований.

На занятиях используются различные формы организации образовательного процесса:

• фронтальные (беседа, лекция, проверочная работа);
• групповые;
• индивидуальные (инструктаж, разбор ошибок, индивидуальная сборка робототехнических средств).

Для предъявления учебной информации используются следующие методы:

• наглядные;
• словесные;
• практические.

Для стимулирования учебно-познавательной деятельности применяются методы:

- соревнования;

- поощрение.

Для контроля и самоконтроля за эффективностью обучения применяются методы:

- предварительные (анкетирование, диагностика, наблюдение, опрос);

- текущие (наблюдение, ведение таблицы результатов);

- тематические (опрос);

- итоговые (соревнования).

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Теоретические занятия по изучению робототехники предусматривают

- выдачу материалов для самостоятельной работы и повторение материала или указывается где можно взять этот материал;

- теоретический материал педагог дает обучаемым, помимо вербального, классического метода обучения, при помощи различных современных технологий в образовании (аудио, видео лекции, экранные видео лекции, презентации, интернет, электронные учебники);

- проверка полученных знаний.

Практические занятия проводятся следующим образом:

- педагог показывает конечный результат занятия, т.е. заранее готовит (собирает робота или его часть) практическую работу;

- далее педагог обучает последовательности сборки узлов робота, используя различные варианты;

- далее обучаемые самостоятельно (и, или) в группах проводят сборку узлов робота;

- практические занятия начинаются с правил техники безопасности при работе с различным инструментом и с электричеством и разбора допущенных ошибок во время занятия в обязательном порядке.

ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

По окончанию курса обучения учащиеся овладеют:

• теоретическими основами создания робототехнических устройств;
• элементной базой при помощи которой собирается устройство;
• порядок взаимодействия механических узлов робота с электронными и оптическими устройствами;
• порядок создания алгоритма программы действия робототехнических средств;
• правила техники безопасности при работе с инструментом и электрическими приборами.

Получат возможность:

• проводить сборку робототехнических средств с применением конструкторов;
• создавать программы для робототехнических средств при помощи специализированных визуальных конструкторов.

Ожидаемые результаты программы кружка и способы определения их результативности заключаются в следующем:

• результаты работ учеников будут зафиксированы на фото и видео в момент демонстрации созданных ими роботов из имеющихся в наличии учебных конструкторов по робототехнике;
• фото и видео материалы по результатам работ, обучающихся будут размещаться на сайте школы в разделе дополнительного образования.

МЕХАНИЗМ ОТСЛЕЖИВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

Предусматриваются различные формы подведения итогов реализации дополнительной образовательной программы:

- олимпиады;

- соревнования;

- участие в районной НПК с проектами по робототехнике.

УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

Вводное занятие

Теория:

Рассказ о развитии робототехники в мировом сообществе и в частности в России.

Показ видео роликов о роботах и роботостроении.

Правила техники безопасности.

Тема 1.

Теория:

- Робототехника для начинающих, базовый уровень

- Основы робототехники.

- Понятия: датчик, интерфейс, алгоритм и т.п.

 Алгоритм программы представляется по принципу конструктора. Из визуальных блоков составляется программа. Каждый блок включает конкретное задание и его выполнение. По такому же принципу собирается сам робот из различных комплектующих узлов (датчик, двигатель, зубчатая передача и т.д.) узлы связываются при помощи интерфейса (провода, разъемы, системы связи, оптику и т.д.)

Практика:

 Знакомство с конструктором.  

- Твой конструктор (состав, возможности)

- Основные детали (название и назначение)

- Датчики (назначение)

- Двигатели

- Контроллер POWERONCO

- Адаптер питания  

- Как правильно разложить детали в наборе

В конструкторе по робототехнике Модель XPO-001 применены новейшие технологии робототехники: современный 32 – битный программируемый микроконтроллер; программное обеспечение, с удобным интерфейсом на базе образов и с возможностью перетаскивания объектов, а также с поддержкой интерактивности; чувствительные сенсоры и интерактивные сервомоторы; разъемы для USB подключений. Различные сенсоры необходимы для выполнения определенных действий. Определение цвета и света. Обход препятствия. Движение по траектории и т.д.

Тема 2.

Практика:

Собираем модель Вертолёта.

- Подключение электромотора

- Загрузка программы

Теория:

-Знакомство со свойствами основных узлов Вертолёта.

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 3.

Практика:

Собираем модель Лебедка.

- Подключение электромотор

- Использование муфты с червячной шестернёй.

- Шестерёнчатая передача крутящего момента.

- Загрузка программы

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов Лебедки, применение аналогичных механизмов и узлов механизма в жизни и быту человека.

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 4.

Практика:

Собираем модель Центрифуга.

- Использование углового редуктора с выходным валом 1:1

Теория:

- Знакомство с основными узлами Центрифуги и центробежной силой.

- Использование аналогичных механизмов в жизни и быту человека.

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 5.

Практика:

Собираем модель Светофор 

- Подключение электроламп

- Загрузка программы

Теория:

-Знакомство со свойствами светофора и применение его в жизни.

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 6.

Практика:

Собираем модель Магнитный замок.

- Подключение магнитных датчиков

- Подключение электроламп

- Загрузка программы

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов магнитного замка.

- Использование аналогичных механизмов в жизни и быту человека.

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 7.

Практика:

Собираем модель Конвейер. 

- Подключение электромотора

- Подключение электроламп

- Загрузка программы

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов конвейера.

- Использование аналогичных механизмов на практики производств.

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 8.

Практика:

Собираем модель Вращающийся стол

- Подключение магнитных датчиков

- Подключение электроламп

- Подключение электромотора

- Использование углового и прямого редуктора

- Загрузка программы

Теория:

-Знакомство со свойствами основных узлов вращающегося стола.

- Использование аналогичных механизмов на практики.

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 9.

Практика:

Собираем модель Смеситель

- Подключение электромотора

- Использование углового и прямого редуктора

- Подключение датчика магнитного поля

- Подключение электроламп

- Подключение датчика касания

- Загрузка программы

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов смеситель.

- Использование аналогичных механизмов в быту и на практики производств.

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 10.

Практика:

Собираем модель Стиральная машина 

- Подключение электромотора

- Использование углового и прямого редуктора

- Подключение датчика магнитного поля

- Подключение электроламп

- Подключение датчика касания

- Загрузка программы

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов стиральная машина.

- Использование аналогичных механизмов в быту и на практики.

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 11.

Практика:

Собираем модель Мощный световой сканер

- Подключение электромотора

- Использование углового и прямого редуктора

- Подключение датчика магнитного поля

- Подключение датчика освещенности

- Загрузка программы

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов светового сканера.

- Применение аналогичных механизмов на практики в производстве.

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 12.

Практика:

Собираем модель Банкомат

- Подключение электромотора

- Подключение электролампы

- Подключение датчика освещенности

- Использование углового и прямого редуктора

- Загрузка программы

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов банкомата.

- Применение аналогичных механизмов на практики.

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 13.

Практика:

Собираем модель Токарный автомат

- Подключение электромотора

- Подключение датчика магнитного поля

- Использование углового и прямого редуктора

- Использование ходового винта

- Загрузка программы

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов токарного станка.

- Применение аналогичных механизмов на производствах.

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 14.

Практика:

Собираем модель Автоматическая дверь

- Подключение электромотора

- Использование углового и прямого редуктора

- Подключение датчика магнитного поля

- Подключение электроламп

- Подключение датчика касания

- Загрузка программы

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов автоматической двери.

- Применение механизма автоматических дверей в быту и производстве

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 15.

Практика:

Собираем модель Лифт

- Подключение электромотора

- Подключение датчика магнитного поля

- Подключение электроламп

- Подключение датчика касания

- Загрузка программы

Теория:

-Знакомство со свойствами основных узлов лифта.

- Применение механизма лифта в быту и производстве

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 16.

Практика:

Собираем модель Автомобиль

- Подключение электромотора

- Подключение датчика магнитного поля

- Подключение датчика освещённости

- Загрузка программы

Теория:

-Знакомство со свойствами основных узлов автомобиля.

- Применение аналогичного механизма в быту и производстве

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 17.

Практика:

Собираем модель Промышленный робот

- Подключение электромотора

- Использование углового и прямого редуктора

- Подключение датчика магнитного поля

- Подключение электромагнит

- Подключение датчика касания

- Подключение датчика числа оборотов

- Использование ходового винта

- Загрузка программы

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов промышленным роботом.

- Применение аналогичных механизмов в производстве

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 18.

Практика:

Собираем модель Манипулятор

- Подключение электромотора

- Использование углового и прямого редуктора

- Подключение датчика магнитного поля

- Подключение датчика числа оборотов

- Загрузка программы

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов манипулятора.

- Применение аналогичных механизмов в производстве

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 19.

Практика:

Собираем модель Станок с ЧПУ 

- Подключение электромотора

- Использование прямого редуктора

- Подключение датчика магнитного поля

- Подключение датчика числа оборотов

- Использование ходовых винтов

- Загрузка программы

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов станка.

- Применение аналогичных механизмов в производстве

Инструкция в комплекте с комплектующими.

Тема 20.

Практика:

Собираем импровизированную модель робототехники №1

- Подключение электромотора

- Загрузка программы

- Использование углового и прямого редуктора

- Подключение электроламп

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов.

- Применение аналогичных механизмов в производстве и быту

- Изучение команд программирования  электроламп и электромотора

Тема 21.

Практика:

Собираем импровизированную модель робототехники №2

- Подключение электромотора

- Загрузка программы

- Использование углового и прямого редуктора

- Подключение электроламп

- Подключение датчика касания

- Подключение датчика электромагнитного поля

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов.

- Применение аналогичных механизмов в производстве и быту

- Изучение команд программирования датчика касания и датчика электромагнитного поля

Тема 22.

Практика:

Собираем импровизированную модель робототехники №3

- Подключение электромотора

- Загрузка программы

- Использование углового и прямого редуктора

- Подключение электроламп

- Подключение датчика касания

- Подключение датчика электромагнитного поля

- Подключение электромагнита

- Подключение датчика освещенности

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов.

- Применение аналогичных механизмов в производстве и быту

- Изучение команд программирования датчика освещенности и электромагнита

Тема 23.

Практика:

Собираем импровизированную модель робототехники №4

- Подключение электромотора

- Загрузка программы

- Использование углового и прямого редуктора

- Подключение электроламп

- Подключение датчика касания

- Подключение датчика электромагнитного поля

- Подключение электромагнита

- Подключение датчика освещенности

- Подключение датчика числа оборотов

Теория:

- Знакомство со свойствами основных узлов.

- Применение аналогичных механизмов в производстве и быту

- Изучение команд программирования датчика числа оборотов и других команд

4. Методическое обеспечение дополнительной образовательной программы

Обеспечение программы предусматривает наличие следующих методических видов продукции:

- электронные учебники;

- видео ролики;

5. Материально-техническое обеспечение программы.

1. Компьютерный класс – на момент программирования робототехнических средств, программирования контроллеров конструкторов, настройки самих конструкторов, отладки программ, проверка совместной работоспособности программного продукта и модулей конструкторов.

2. Наборы конструкторов:

- конструктора по робототехнике Модель – XPO 001 – 5 шт.

- программный продукт.

- зарядное устройство для конструктора –5 шт.

- контроллеры конструкторов – 5 шт.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

На русском языке о легороботах

http://learning.9151394.ru/course/view.php?id=2

http://www.mindstorms.su/

На английском языке о легороботах

http://www.lego.com/education/#

http://mindstorms.lego.com/

Каталоги образовательных ресурсов

educatalog.ru - каталог образовательных сайтов