Программа дополнительного образования "Начальное техническое моделирование"
рабочая программа (5, 6, 7, 8 класс)

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Пояснительная записка                                                                                                                    2

2. Учебный план                                                                                                                                        6

3. Календарный учебный график                                                                                                          7

4. Рабочая программа                                                                                                                       8

5. Содержание программы                                                                                                                 10                          

6.  Методическое обеспечение дополнительной образовательной программы                                 14

7.  Оценочные материалы                                                                                                                     15                                                                                            

8. Список литературы                                                                                                                            16

1.  ПОЯСНИТЕЛЬНА ЗАПИСКА

      Данная программа направлена на реализацию внедрения федерального проекта «Современная школа» в форме центра образования гуманитарного и цифрового профиля «Точка роста».  

        Программа технической направленности «Начальное техническое моделирование» разработана для детей от 7 лет до 15 лет и рассчитана на 1 год. Программа базового уровня.

Нормативно-правовые документы, в соответствии которых строится программа:

- Закон «Об образовании в Российской Федерации» от 29 декабря 2012 года № 273-ФЗ.

- Концепция развития дополнительного образования детей до 2030 года (распоряжение Правительства Российской Федерации от  31 марта 2022 г. № 678-р).

- Указ Президента РФ от 29 мая 2017 года № 240 «Об объявлении в российской Федерации деятелей детства».

- Стратегия развития воспитания в Российской Федерации на период до 2025 года (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 29 мая 2015 года № 996-р.

- Приоритетный проект «Доступное дополнительное образование для детей».

- Приказ от 09 ноября 2018 №196 «Об утверждении порядка организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным образовательным программам».

- Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 28.09.2020 №28 «Об утверждении санитарных правил СП 2.4.3648-20 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям воспитания и обучения, отдыха и оздоровления детей и молодежи».

- Устав Муниципального автономного общеобразовательного учреждения Совхозской основной школы» от 19.08.2020 г.  Рабочая программа дополнительного обучения «Начальное техническое моделирование»  на примере платформы LEGO MINDSTORMS Education EV3  разработана основе учебно-методического пособия «Образовательная робототехника во внеурочной деятельности» Л.П. Перфильева. Программное обеспечение LEGO MINDSTORMS Education EV3обладает очень широкими возможностями, в частности, позволяет вести рабочую тетрадь и представлять свои проекты прямо в среде программного обеспечения LEGO EV3.

Актуальность данной программы обусловлена тем, что в настоящее время владение компьютерными технологиями рассматривается как важнейший компонент образования, играющий значимую роль в решении приоритетных задач образования - в формировании целостного мировоззрения, системно-информационной картины мира, учебных и коммуникативных навыков. Обучающиеся получат представление о самобытности и оригинальности применения робототехники как вида искусства, как объектов для исследований.

Новизна программы в том, что она не только прививает навыки и умение работать с графическими программами, но и способствует формированию информационной, технической и эстетической культуры. Эта программа учит видеть красоту и привлекательность реального мира. Отличительной особенностью является и использование нестандартных материалов при выполнении различных проектов.

Цель:

- создание условий, обеспечивающих познавательное, творческое развитие обучающихся  в процессе изучения основ робототехники с использованием компьютерных технологий.

Задачи:

Обучающие:

- познакомить обучающихся со спецификой работы над различными видами моделей роботов на простых примерах  (Лего-роботов);

- научить различным технологиям создания роботов, механизмов;

- научить изготавливать  модели высокого качества (добротность, надежность, привлекательность);

- научить составлять программы для роботов различной сложности;

Развивающие:

- развивать мыслительные операции: анализ, синтез, обобщения, сравнения, конкретизация;

- развивать у обучающихся элементы изобретательности, технического мышления и творческой инициативы;

- развивать глазомер, творческую смекалку, быстроту реакции;

- ориентировать обучающихся на использование новейших технологий и методов организации

- развивать способности программировать;

- привить навыков коллективного труда.

Воспитательные:

-воспитывать у детей чувство патриотизма и гражданственности на примере истории Российской техники;

-воспитывать высокую культуру труда обучающихся;

- ориентировать на инновационные технологии и методы организация практической деятельности в сферах общей кибернетики и роботостроения;

- воспитывать взаимоуважение друг к другу, бережное отношение к оборудованию и технике, дисциплинированность.

Сроки реализации программы. Продолжительность образовательного процесса – 1 год, в объеме 144 часов. Два раза в неделю по два академических часа.

Форма проведения занятий: наблюдение, беседа, фронтальный опрос, тестирование, практическая работа, соревнование, защита проекта, урок проверки и коррекции знаний и умений.

Форма подведения итогов реализации программы:

Промежуточная аттестация проходит два раза в каждом модуле в форме зачёта.

Материально-техническое оснащение:

Для организации работы по данной программе предполагается наличие: 

1.Материально-техническая базы  «Точка роста», оснащенная компьютерными программами (среда EV3программирования робота Lego Mindstorms EV3)

2. Наборы конструкторов:- Lego Mindstorms EV3.

3. Поля для проведения соревнования роботов.

5. Зарядное устройство для конструктора.

6. Ящик для хранения конструкторов.

9. Развивающие и диагностирующие материалы: тесты, диагностические игры, кроссворды.

2. Учебный план

дополнительной общеобразовательной

общеразвивающей программы

«Начальное техническое моделирование»

Срок реализации программы - 1 год

3. Календарный учебный график

2022-2023 учебный год

4. Рабочая программа

4 часа в неделю

Задачи:

Научить учащихся:

1. основным приемам сборки и программирования робототехнических средств;

2. ознакомить с правилами безопасной работы с инструментами необходимыми при конструировании робототехнических средств;

3. развивать творческую инициативу и самостоятельность;

4. содействовать развитию логического мышления и памяти.

Ожидаемый результат.
Учащиеся умеют:

-создавать действующие модели роботов на основе конструктора LEGO

MINDSTORMS® Education EV3;

-программировать робота LEGO MINDSTORMS® Education EV3;

передавать (загружать) программы в EV3;

- имеют устойчивую мотивацию к обучению по программе;

- представлять одну и ту же информацию различными способами.

5. Содержание программы

Раздел: 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: Характеристики робота. Создание первого проекта.

Тема: Сравнение поколений робототехнических наборов LegoMindstorms.

Характеристики блока, сервомотора. Скорость вращения. Крутящий момент. Скорость опроса датчиков.

Обсуждение усовершенствований EV3-блока по сравнению с NXT-2.0, характеристики блока (частота работы процессора, количество кнопок, возможность соединения с интернетом через WiFi, флеш-память, оперативная память, разрешение экрана, появление USBпорта, слот для чтения SD карт, возможность соединения с семью роботами посредством Bluetooth). Краткая характеристика среднего и большого сервомотора. Скорость вращения. Крутящий момент. Скорость опроса датчика.

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.

Тема: Обзор среды программирования.

Обзор среды программирования. Палитра блоков. Справочные материалы. Самоучитель. Проект. Лобби. Новая программа. Сохранение проекта, программы. Основательный разбор палитры блоков. Соединения блоков. Параллельные программы. Подключение робота к компьютеру и загрузка программы. USB соединение. Bluetooth соединение. WiFi соединение.

Обычная загрузка. Загрузка с запуском. Запуск фрагмента программы. Наблюдение за состояние портов. Обозреватель памяти. Визуализация выполняемой в данный момент части программы.

Раздел: Программирование робота.

Тема: Моторы. Программирование движений по различным траекториям.

Конструирование экспресс-бота. Понятие сервомотор. Устройство сервомотора. Порты для подключения сервомотора. Зеленая палитра блоков(Action). Положительное и отрицательное движение мотора. Определение направления движения моторов. Блоки LargeMotorиMediumMotor (большой мотор и средний мотор). Выбор порта, выбор режима работы (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». Программная палитра «Дополнения». Инвертирование вращения мотора. Нерегулируемы мотор. Инвертирование мотора.

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. Вложенные циклы.

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. Вложенные циклы. 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.

Раздел: Работа с датчиками.

Тема: Датчик касания.

Палитра программирования Датчик. Датчик касания. Внешний вид. Режим измерения. Режим сравнения. Режим ожидания. Изменение в блоке ожидания. Ра бота блока переключения с проверкой состояния датчика касания. Упражнения. Задания для самостоятельной работы.

Тема: Датчик цвета.

Датчик цвета и программный блок датчика. Области корректной работы датчика. Режим определения цвета. Режим измерения интенсивности отраженного света. Выбор режима работы датчика. Режим измерения цвета. Выбор режима измерения цвета. Режим измерения интенсивности отраженного света. Режим измерения интенсивности окружающего света. Режим сравнения цвета. Режим калибровки. Пример выполнения режима калибровки. Режим ожидания датчика цвета. Упражнения. Задания для самостоятельной работы.

Тема: Датчик гироскоп.

Датчик гироскоп и программный блок датчика. Направление вращения. Режимы работы датчика гироскоп. Упражнения. Задания для самостоятельной работы.

Тема: Датчик ультразвука.

Датчик ультразвука и программный блок датчика. Определение разброса пуска волн. Структура блока ультразвука в режиме измерения. Упражнения. Задания для самостоятельной работы.

Тема: 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.

Тема: Датчик определения угла/количества оборотов.

Программный блок датчика вращения. Сброс. Упражнения. Задания для самостоятельной работы.

Раздел: Конструирование роботов повышенной сложности с датчиками расстояния, звука, цвета. Поиск информации в интернете.

Раздел: Сборка по готовым схемам

История колеса. Практическая работа: Тележки. Двухмоторная тележка. Бот с автономным управлением. Шагающий робот. Робот-исследователь. Робот-помощник. Самостоятельная творческая работа.

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.

6. Методическое обеспечение дополнительной образовательной программы

Реализация программы предполагает использование групповой формы занятий. При этом акцент делается на разнообразные приемы активизации познавательной, исследовательской деятельности, рефлексии собственных процедур, осуществляемых на занятиях. Подача материала строится, прежде всего, на основе, мобилизующей внимание, поддерживающей высокую степень мотивации в успешном обучении. Большое внимание отводится практическому методу обучения (сборка механических узлов роботов, составление алгоритмов и написание программ, отладка программ и конструкций). Кроме традиционных методов на занятиях запланировано и активно применяются творческие методы, которые выражаются в конструировании роботов под конкретные условия и задачи, разработке новых алгоритмов, оптимизации готовых конструкций, участие в конкурсах и соревнованиях. В рамках этих форм учащиеся самостоятельно разрабатывают конструкции роботов и для них составляют алгоритмы и программы, выбирают при необходимости музыкальный фон.

Обеспечение программы предусматривает наличие следующих методических видов продукции:

- электронные учебные пособия;

- видеоролики;

- информационные материалы, посвященные данной дополнительной общеобразовательной программе.

По результатам работ будет создаваться фото - материалы, которые можно будет использовать не только в качестве отчетности о проделанной работе, но и как учебный материал для следующих групп обучающихся.

Формы организации работы по программе:

- Занятия теоретического характера.

- Занятия практического характера.

- Проведение творческих практических работ.

- Работа над проектом.

- Соревнования.

Ресурсы Интернета:

• http://www.lego.com/education/

• http://www.wroboto.org/

• http://www.prorobot.ru/

• httр://фгос-игра.рф/

• http://nnxt.blogspot.ru/2013/04/ev3.html

• http://www.nxtprograms.com/

• http://www.kurganrobot.ru/reshaem zadachi/

• http://robotbaza.ru/blogs/blog/instruktsii-po-sborke-lego-mindstorms-ev3

• http://robot.uni-altai.ru/metodichka

7. Оценочные материалы

Форма проведения промежуточной аттестации – составление алгоритма решения технико-технологических задач. Создание программы для перемещения объекта. Создание программы для приводной платформы. Эксперимент с установкой блоков. Демонстрация моделей. Участие в соревнованиях по робототехнике на муниципальном и областном уровнях. Периодичность - два раза в год.  По итогам промежуточной аттестации учащимся присваивается уровень освоения программы: высокий, средний или низкий.

Высокий уровень – успешное выполнение учащимися  более 80% объёма практических заданий.

Средний уровень – успешное выполнение учащимися  от 50% до 80% объёма практических заданий.

Низкий уровень –  успешное выполнение учащимися  менее 50% объёма практических заданий.

Оценочные материалы

Механизм оценивания образовательных результатов

Оцениваемые параметры:

8. Список литературы

Нормативно-правовые документы:

1. Закон «Об образовании в Российской Федерации» от 29 декабря 2012 года № 273-ФЗ.

2. Концепция развития дополнительного образования детей до 2030 года (распоряжение Правительства Российской Федерации от  31 марта 2022 г. № 678-р).

3. Указ Президента РФ от 29 мая 2017 года № 240 «Об объявлении в российской Федерации деятелей детства».

4. Стратегия развития воспитания в Российской Федерации на период до 2025 года (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 29 мая 2015 года № 996-р.

5. Приоритетный проект «Доступное дополнительное образование для детей».

6. Приказ от 09 ноября 2018 №196 «Об утверждении порядка организации и осуществления образовательной деятельности по дополнительным образовательным программам».

7. Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 28.09.2020 №28 «Об утверждении санитарных правил СП 2.4.3648-20 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям воспитания и обучения, отдыха и оздоровления детей и молодежи».

8. Устав Муниципального автономного общеобразовательного учреждения Совхозской основной школы» от 19.08.2020 г.  

Литература, используемая педагогом:

1. Копосов Д.Г. УМК для средней школы «Первый шаг в робототехнику», 2013 г.

2. Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов

3.Овсяницкая Л.Ю., Д.Н. Овсяницкий, А.Д. Овсяницкий. Содержание курса программирования робота LegoMindstorms EV3 в среде EV3: основные подходы,

практические примеры, секреты мастерства. г.Челябинск, РФ, 2014 г.)

4. Цветкова М.С. Информатика. Математика. Программы внеурочной деятельности для начальной и средней школы: 3-6 классы. ФГОС, Издательство « Москва». 2000 г.

Литература для обучающихся:

1. Копосов Д.Г. Рабочая тетрадь «Первый шаг в робототехнику» для учащихся 5-6 классов, 2012г.

2. Филиппов С.А. «Робототехника для детей и родителей» - «Наука» 2011г.

3. Разработанный лабораторный практикум составителем программы дополнительного  образования детей «Первый шаг в робототехнику».