ДООП
методическая разработка

Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа технической направленности

«Робототехника, базовый уровень +»

Разработчик: Степанова Марина Рудольфовна

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Направленность: 

Настоящий курс помогает учащимся получить опыт конструирования, моделирования, компьютерного управления моделью, что позволяет отнести программу к технической направленности.

Уровень программы:  

Программа предполагает использование и реализацию общедоступных и универсальных форм организации материала, среднюю сложность предполагаемого для освоения содержания программы, поэтому отнесена к базовому  уровню.

Актуальность программы:

В современном мире, где робототехника активно развивается, необходимо иметь представление о том, как роботы устроены, даже если ребенок не выберет профессию инженера. Образовательная робототехника интегрируется в учебный процесс школы, опираясь на такие школьные учебные дисциплины, как информатика, математика, технология, физика. Интегрирование различных школьных предметов в учебном курсе открывает новые возможности для реализации новых образовательных концепций, овладения новыми навыками и расширения круга интересов у детей. Настоящий курс предлагает использование образовательных конструкторов Lego Education как инструмента для обучения школьников конструированию, моделированию и компьютерному управлению на занятиях робототехники. Учащиеся получают представление об особенностях составления программ управления, автоматизации механизмов, моделировании работы систем. 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. Занятия конструированием, программированием, исследованиями, а также общение в процессе работы способствуют разностороннему развитию учащихся

Отличительные особенности программы: 

Данная образовательная программа имеет ряд отличий от уже существующих аналогов.

 ∙ Существующие аналоги предполагают поверхностное освоение элементов робототехники с преимущественно демонстрационным подходом к интеграции с другими предметами. Особенностью данной программы является нацеленность на конечный результат, т.е. ребенок создает не просто внешнюю модель робота, дорисовывая в своем воображении его возможности. Ребенок создает действующее устройство, которое решает поставленную задачу.

∙ Данная программа разбита на два направления: «Программирование в среде Scratch и Python» и «Образовательная робототехника». В начале учебного года обучающиеся получают опыт программирования. Далее они начинают изучать основы конструирования и программирования с использованием конструкторов Lego Education.

∙ Итоговый контроль уровня усвоение материала реализуется в форме творческой работы.

Новизна:

Программы заключатся в использовании учебно-методологических комплексов для повышения качества образования. Использование на занятиях новые приложения для программирования Scratch и Python.

Педагогическая целесообразность:

программы объясняется формированием

высокого интеллекта через мастерство. Целый ряд специальных заданий на наблюдение, сравнение, домысливание, фантазирование служат для достижения этого. Программа направлена на то, чтобы через труд приобщить учащихся к творчеству конструирования. Развивает в учащихся коллективизм, мелкую моторику, приучает к социализации в обществе

Адресат программы:

Данная программа рассчитана на обучающихся 9-12 лет имеющих базовые знания по робототехнике. Количество детей в группе 10-12 человек

Практическая значимость:

Практическая значимость программы «Робототехника, базовый уровень +» определяет актуальность проекта на социально-педагогическом уровне. Итоги изученных тем подводятся созданием обучающихся  собственных автоматизированных моделей, с написанием программ, используемых в своих проектах, и защитой этих проектов. Содержание данной программы построено таким образом, что обучающиеся  под руководством педагога смогут не только создавать роботов посредством конструктора LEGO, следуя предлагаемым пошаговым инструкциям, но и, проводя эксперименты, узнавать новое об окружающем их мире, а так же в работе новых приложений для программирования  Scratch и Python . Полученное знание служит при этом и доказательством истинности (или ложности) выдвинутых юными экспериментаторами тех или иных теоретических предположений, поскольку именно в ходе творчества они подтверждаются или опровергаются практикой.

Объём программы и срок освоения программы:

Программа состоит из нескольких тематических разделов, которые взаимосвязаны между собой. Срок реализации один год, всего 144 часа. 

Особенности реализации:

Формы организации образовательного процесса как индивидуальные, так и групповые. Занятия состоят из теоретической и практической частей. Возможно применение электронного обучения.

Форма обучения: очная

Режим занятий: Занятия проводятся два раза в неделю по 2 часа

Цель: Обучение основам робототехники и программирования с приобретением профильных знаний, умений и навыков создания роботов и программ для них

Задачи:

1. Знакомство с основами программирования в средах Lego EV3;

2. Знакомство с основами программирования в среде Scratch;

3. Знакомство с языком программирования Python;

4. Развивать умения работать с конструкторами Lego EV3;

5. Развивать умения работать по предложенным инструкциям по сборке моделей;

6. Формировать навыки проведения физического эксперимента;

7. Развивать умения довести решение задачи до работающей модели.

Учебный план:

 Содержание программы:

Раздел 1: Введение в робототехнику.

Тема: Понятие о Робототехнике

Введение в науку о роботах. Основные виды роботов, их применение. Направления развития робототехники. Новейшие достижения науки и техники в смежных областях.

Техника безопасности.

Раздел 2: Основы конструирования. Характеристики робота.

Тема: Версии комплектов EV3. Краткий обзор содержимого робототехнического комплекта.

Домашняя и образовательная версия, сходства и различия. Обзор содержимого наборов (датчики, сервомоторы, блок, провода, детали конструктора). Названия деталей.

Раздел 3: Основы программирования LEGO MINDSTORMS Education EV3.

Тема: Обзор среды программирования. 

Палитра блоков. Справочные материалы. Самоучитель. Проект. Новая программа. Сохранение проекта, программы. Основательный разбор палитры блоков. Соединения блоков. Параллельные программы. Подключение робота к компьютеру и загрузка программы. USB-соединение. Bluetooth-соединение. Обычная загрузка. Загрузка с запуском. Запуск фрагмента программы. Наблюдение за состоянием портов. Обозреватель памяти. Визуализация выполняемой в данный момент части программы.

Тема: Моторы. Программирование движений по различным траекториям.

Конструирование экспресс-бота. Понятие сервомотор. Устройство сервомотора. Порты для подключения сервомоторов. Зеленая палитра блоков (Действия). Положительное и отрицательное движение мотора. Определение направления движения моторов. Блоки «Большой мотор» и «Средний мотор». Выбор порта, выбор режима работы (выключить, включить, включить на количество секунд, включить на количество градусов, включить на количество оборотов), мощность двигателя. Выбор режима остановки мотора.

Блок «Независимое управление моторами». Блок «Рулевое управление

Упражнение 1. Отработка основных движений моторов.

Упражнение 2. Расчет движения робота на заданное расстояние.

Упражнение 3. Расчет движений по ломаной линии.

Задания для самостоятельной работы.

Тема: Работа с подсветкой, экраном и звуком.

Работа с экраном. Вывод фигур на экран дисплея. Режим отображения фигур. Вывод элементарных фигур на экран. Вывод рисунка на экран. Графический редактор. Вывод рисунка на экран.

Задания для самостоятельной работы.

Работа с подсветкой кнопок на блоке EV3. Блок индикатора состояния модуля. Выбор режима. Упражнение. Демонстрация работы подсветки кнопок. Работа со звуком. Блок воспроизведения звуков. Режим проигрывания звукового файла. Воспроизведение записанного звукового файла. Режим воспроизведения тонов и нот.

Задания для самостоятельной работы.

Тема: Цикл. Прерывание цикла. Цикл с постусловием.

Оранжевая программная палитра (Управление операторами). Счетчик итераций. Номер цикла. Условие завершения работы цикла. Прерывание цикла. Варианты выхода из цикла. Прерывание выполнения цикла из параллельной ветки программы.

Задания для самостоятельной работы.

Тема: Структура “Переключатель”.

Если – то. Блок “Переключатель”. Переключатель на вид вкладок (полная форма, кратка форма). Дополнительное условие в структуре Переключатель.

Задания для самостоятельной работы.

Тема: Работа с датчиками.

Датчик касания.

Внешний вид. Режим измерения. Режим сравнения. Режим ожидания. Изменение в блоке ожидания. Работа блока  переключения с проверкой состояния датчика касания.

Упражнения.

Задания для самостоятельной работы.

Датчик цвета.

Датчик цвета и программный блок датчика. Области корректной работы датчика. Выбор режима работы датчика. Режим определения и сравнения цвета. Режим измерения интенсивности отраженного света. Режим измерения интенсивности внешнего освещения. Режим калибровки датчика. Пример выполнения режима калибровки. Режим ожидания датчика цвета.

Упражнения.

Задания для самостоятельной работы.

Датчик гироскопический.

Датчик гироскоп и программный блок датчика. Направление вращения. Режимы работы датчика гироскоп.

Упражнения.

Задания для самостоятельной работы.

Датчик ультразвуковой.

Датчик ультразвука и программный блок датчика. Определение разброса пуска волн. Структура блока ультразвука в режиме измерения.

Упражнения.

Задания для самостоятельной работы.

Инфракрасный датчик.

Инфракрасный датчик, маячок и их программные блоки. Режим определения относительного расстояния до объекта. Режим определения расстояния и углового положения маяка. Максимальные углы обнаружения инфракрасного маяка. Режимы программного блока инфракрасного датчика. Режим дистанционного управления.

Упражнения.

Задания для самостоятельной работы.

Раздел 4: Подготовка проектных работ.

Обучающиеся работают над проектами роботов, индивидуально или в составе команды. Тематику выбирают самостоятельно или с помощью наставника. 

Раздел 5: Защита проектов.

        Защита проходит в виде презентации проектов на открытом занятии, конференции, родительском собрании и др. мероприятиях.

Раздел 6: Работа в интернете.

        Поиск информации о соревнованиях, описания моделей роботов и инструкций к ним, идей для создания проектов.

Раздел 7: Разработка конструкций роботов.

Разработка, сборка, программирование и тестирование роботов для решения различных задач. Работа в программе LDD (Lego Digital Designer) – создание инструкции к роботу.

Раздел  8: Подготовка к соревнованиям.

        Знакомство с регламентом соревнований по робототехнике, в частности с видами соревнований. Знакомство с различными требованиями к разным возрастным категориям. Рассмотрение слабых и сильных сторон каждого вида соревнований.

Раздел: Основные виды соревнования и элементы заданий.

Тема: Соревнования “Сумо”.

Регламент состязаний. Соревнования роботов-сумоистов. Размеры робота. Вес робота. Варианты конструкций. Примеры алгоритмов.

Упражнения.

Задания для самостоятельной работы.

Соревнования.

Тема: Программирование движения по линии.

Варианты следования по линии. Варианты робота с одним и двумя датчиками цвета. Калибровка датчиков. Отражение светового потока при разном расположении датчика над поверхностью линии. Алгоритм ручной калибровки. Определение текущего состояния датчиков. Алгоритм автоматической калибровки. Алгоритм движения по линии “Зигзаг” (дискретная система управления). Алгоритм “Волна”. Поиск и подсчет перекрестков. Инверсная линия. Проезд инверсного участка с тремя датчиками цвета.

Упражнения.

Задания для самостоятельной работы.

Тема: Соревнования “Кегельринг”.

Регламент состязаний. Соревнование “Кегельринг”. Размеры робота. Вес робота. Варианты конструкций. Примеры алгоритмов.

Упражнения.

Задания для самостоятельной работы.

Соревнования.

Тема: Подготовка к региональным соревнованиям.

Знакомство с регламентом международных соревнований по робототехнике “WRO”. Знакомство с различными требованиями к разным возрастным категориям. Рассмотрение слабых и сильных сторон каждого вида соревнований. Разработка робота. Инженерная  книга.

Тренировка на полях.

Тема: Внутренние соревнования.

Подготовка. Соревнования. Результаты.

Раздел 9: Подготовка проектных работ.

Обучающиеся работают над проектами роботов, индивидуально или в составе команды. Тематику выбирают самостоятельно или с помощью наставника. 

Раздел 10: Творческая работа

Проходит в 3 этапа ( 1 – конструирование своего индивидуального робота; 2 – презентация , то есть его защита, для чего предназначен и какие функции выполняет; 3 – прохождение различных испытаний « змейка , квадрат и прочее» , либо же игра-мини футбол.

Планируемые результаты:

Предметные. По окончании обучения по программе обучающиеся будут:

 1. Знать правила безопасной работы с компьютером, конструктором Lego;

 2. Знать основные компоненты конструкторов Lego;

 3. Знать компьютерные среды Lego, Scratch, Python;

 4. Знать виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;

 5. Знать конструктивные особенности различных роботов;

 6. Уметь конструировать различные модели, использовать созданные программы.    7. Уметь проводить простые эксперименты.

Метапредметные.

Регулятивные универсальные учебные действия:

1. Формировать умения ставить цель – создание творческой работы, планировать достижение этой цели;

 2. Осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату;

 3. Вносить коррективы в действия в случае расхождения результата решения задачи на основе её оценки и учета характера сделанных ошибок;

 4. Оценивать получающийся творческий продукт и соотносить его с изначальным замыслом.

 Познавательные универсальные учебные действия:

 5. Осуществлять поиск информации в индивидуальных информационных архивах учащегося, информационной среде образовательного учреждения;

 6. Синтезировать, составлять целое из частей, в том числе самостоятельное достраивание с восполнением недостающих компонентов.

Коммуникативные универсальные учебные действия:

7. Выслушивать собеседника и вести диалог;

 8. Признавать возможность существования различных точек зрения и права каждого иметь свою;

9. Осуществлять постановку вопросов – инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации.

Личностные.

1. Понимать мотивы своих действий при выполнении заданий;

2. Развивать любознательность, сообразительность при выполнении разнообразных заданий проблемного характера;

3. Развивать самостоятельность суждений;

4. Осознавать профессиональное самоопределение, ознакомление с миром профессий, связанных с робототехникой.

.

Календарно - учебный график

Условия реализации программы:

Материально-техническое обеспечение

 - Компьютеры

- Конструкторы Lego

 - Соревновательные поля

-Доступ к интернету у педагога

Форма аттестации:

Творческая работа в 3этапах

1 ЭТАП. Конструирование и программирование своего индивидуального робота;

2 ЭТАП. Защита, презентация своей модели ( для чего предназначен робот, какими функциями он обладает).

3 ЭТАП. Прохождение заданий (испытаний: змейка, квадрат, либо же демонстрация игры мини-робофутбол).

Оценочные материалы 

Критерии оценки личностных и метапредметных результатов:

 1. высокий уровень (самостоятельно ставит цель и планирует ее достижение, осуществляет контроль по результату, адекватно оценивает свои возможности, осознает их уровень; умеет вести диалог, работать в команде);

2. средний уровень (испытывает затруднения в постановке цели и планировании ее достижения, проявляет активность в диалоге, адекватно оценивает свои возможности, с частичной помощью педагога старается определить перспективы своего развития);

3. низкий уровень (испытывает существенные затруднения в планировании своих действий, не проявляет активность в диалоге, затрудняется оценить свои возможности, с помощью педагога осознает их уровень и перспективы своего развития

Литература для педагогов :

1. Алгоритмизация и программирование [Текст] / И.Н. Фалина, И.С. Гущин, Т.С. Богомолова и др. – М.: Кудиц-Пресс, 2007. – 276 с.
2. Белиовская, Л.Г. Использование LEGO-роботов в инженерных проектах школьников. Отраслевой подход [Текст] / Л. Г. Белиовская, Н.А. Белиовский. – М.: ДМК Пресс, 2016.
3. Белиовская, Л.Г. Роботизированные лабораторные работы по физике. Пропедевтический курс физики (+ DVD-ROM) [Текст] / Л. Г. Белиовская, Н.А. Белиовский. – М.: ДМК Пресс, 2016.
4. Быков, В.Г. Введение в компьютерное моделирование управляемых механических систем. От маятника к роботу [Текст] / В.Г. Быков. – СПб: Наука, 2011. – 85 с.
5. Власова, О.С. Образовательная робототехника в учебной деятельности учащихся начальной школы [Текст] / О.С. Власова. – Челябинск, 2014.
6. Лучин, Р.М. Программирование встроенных систем. От модели к роботу [Текст] / Р.М. Лучин. – СПб: Наука, 2011. – 183 с.
7. Методическое руководство «Робототехника на основе TETRIX».
8. Мирошина, Т. Ф. Образовательная робототехника на уроках информатики и физике в средней школе: учебно-методическое пособие [Текст] / – Т.Ф. Мирошина. – Челябинск: Взгляд, 2011.
9. Никулин, С.К. Содержание научно-технического творчества учащихся и методы обучения [Текст] / С.К. Никулин, Г.А. Полтавец, Т.Г.  Полтавец. – М.: МАИ, 2004.
10. Перфильева, Л. П. Образовательная робототехника во внеурочной учебной деятельности: учебно-методическое пособие [Текст] / – Л. П. Перфильева. – Челябинск: Взгляд, 2011.
11. Петин, В. Проекты с использованием контроллера Arduino [Текст] / – СПб: БХВ-Петербург, 2015.
12. Полтавец, Г.А. Системный подход к научно-техническому творчеству учащихся (проблемы организации и управления) [Текст] / Г.А. Полтавец, С.К. Никулин, Г.И. Ловецкий, Т.Г. Полтавец. –М.: Издательство МАИ. 2003.
13. Соммер, У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino [Текст] / У. Соммер. – СПб: БХВ-Петербург, 2012.
14. Филиппов, С. Уроки робототехники. Конструкция. Движение. Управление [Текст] / С. Филиппов. – М.: Лаборатория знаний, 2017.

Литература для обучающихся:

1. Бейктал, Дж. Конструируем роботом на Arduino. Первые шаги [Текст] / Дж. Бектал. – М: Лаборатория Знаний, 2016.
2. Белиовская, Л. Г. Узнайте, как программировать на LabVIEW[Текст] / Л. Г. Белиовская – М.: ДМК Пресс, 2014.
3. Блум, Д. Изучаем Arduino. Инструменты и метод технического волшебства [Текст] / Д. Блум. – СПб: БХВ-Петербург, 2016.
4. Монк, С. Программируем Arduino. Основы работы со скетчами [Текст] / С. Монк. – СПб: Питер, 2016.
5. Предко, М. 123 Эксперимента по робототехнике [Текст] / М. Предко. – М.: НТ Пресс, 2007.
6. Филиппов, С. Уроки робототехники. Конструкция. Движение. Управление [Текст] / С. Филиппов. – М.: Лаборатория знаний, 2017.
7. Филиппов, С.А. Робототехника для детей и родителей [Текст] / С. Филиппов. – СПб.: Наука, 2013. – 319 с.