Этапы урока

Деятельность учителя

Деятельность ученика

Планируемые УУД

I этап – Организационный этап -2мин

IIэтап - Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся – 5 мин.

III этап. Актуализация  системы знаний, умений и навыков учащихся, необходимых для восприятия и осмысления нового материала,

 – 12 мин.

IV этап. Организация усвоения способов деятельности путем воспроизведения информации в ее творческом применении по образцу

Практическая работа: разработка программы для робота – 10-11 мин.

V этап.

Тестируем робота на поле.

Подведение итогов урока (контроль усвоения, обсуждения допущенных ошибок и их коррекция).

Рефлексия – 10 мин.

Домашнее задание -1мин.

-Здравствуйте, ребята! Сегодня к нам пришли ребята из другой школы.

- Давайте познакомимся. Меня зовут, Людмила  Руслановна.

Я – учитель математики и информатики

- Я надеюсь, что вы сегодня на уроке узнаете много интересного, полезного и даже научитесь изобретать.

Прошу минуточку внимания! Все смотрим на экран (показываю фрагмент презентации о роботе). Это что или кто?

- Так, что же такое робот?

- Ещё каких роботов вы знаете?

- Каких роботов используют в жизни, в быту?

- Молодцы! Давайте вспомним их

- Для чего нужны роботы? Зачем человек их изобретает?

(можно дополнить нижеследующей информацией)

Существует несколько разновидностей роботов и для каждого из них имеется своё определение:

В аптеках Шанхая работают роботы-фармацевты. Надо просто нажать на сенсорный экран с описанием симптомов, и робот поставит диагноз и даст необходимые рекомендации. Дальше остается только предложить автомату купюру, и лекарство можно забирать.

Роботы-санитары. Работают в некоторых британских больницах. Роботы производит сухую и влажную уборку, сами выбрасывают мусор, заправляются чистящими средствами и подзаряжаются. В отличие от живых уборщиц, роботы никогда не бубнят под нос и отличаются доброжелательным отношением к окружающим. Встретив кого-то на своем пути, они извиняются и докладывают, чем они сейчас заняты.

 В Южной Корее сконструировали сторожевого робопса для охраны частных усадеб. Пес весит 40 кг, в его нос встроена фотокамера, а в корпусе имеется сотовый телефон, который немедленно посылает сигнал хозяину в случае обнаружения опасности. В критических случаях робот способен сам вызвать полицию.

Робот-фотограф. Его называют «стоп-кадр» и используют для фотографирования людей на вечеринках и других мероприятиях. Робот сам выбирает оптимальный ракурс и наводит объектив на лица. Как правило, 90 процентов снимков, сделанных роботом, оказываются удачными.

 Японский семейный робот. Он запоминает до 7 членов семьи и распознает их по лицам или голосу. Словарный запас – 65 тыс. фраз и 1000 отдельных слов. Он держит в памяти привычки каждого члена семьи и пытается находить к каждому подход. Он краснеет в ответ на шутку и бледнеет в замешательстве.

И еще одно изобретения японцев - Рободансер. Робот-танцор способен попеременно выдавать диско, панк, фанк, рок, хипхоп, брэйк и т.д.

- Сегодня мы с вами своими руками спроектируем робота, который движется по черной линии.

- А теперь давайте начнем самую интересную часть нашего урока

- Давайте разделимся на шесть групп по два человека

- Открываем инструкции и начинаем конструировать роботов.

- Затем запрограммируем роботов при помощи специальной программы на компьютере.

Датчики касания, звука, освещенности, расстояния, кнопки NXT, оборотов, таймер, сообщение, температуры

блок NXT

Датчик освещенностиNXT

Двигатель-тахометр NXT

Проведем практическую работу «Разработка программы для робота»

Совместно с учениками составляем программу движения робота по черной линии.

Тестируем робота на поле

- Что показалось вам сегодня трудным?

- Понравилось ли вам занятие?

Подготовить сообщение на тему: «Робот – это универсальный автомат»

Здравствуйте!

- Робот – это универсальный автомат, позволяющий выполнять механические действия.

 (перечисляют известные им роботы)

Варианты ответов:

- Сегодня роботы используются для запуска спутников и поездки на другой планете в целом. Робот в настоящее время запущен на Марс для изучения планеты.

Начинают конструирование роботов по инструкции,

Составляют совместно с учителем программу движения собственных роботов в программе  Programming Mindstorms NXT 2.0.

Тестируют робота на поле

Коммуникативная:

Культура приветствия.

Коммуникативная:

Привитие культуры общения посредством участия в учебном диалоге.

Регулятивная:

Принимать учебную задачу, ее конечную цель.

Личностная:

Формирование мировоззренческого взгляда на науку и жизнь. Расширение технического кругозора.

Воспитание спортивного духа.

Познавательная:

Усвоение  информации со слов учителя, с презентации

1)Ознакомление:

- с основными деталями конструктора LEGO(шестеренки, оси, штифты, балки и втулки и др.);

- с видами подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;

- с компьютерной средой, включающей в себя графический язык программирования;

- составление простейших алгоритмов в среде LEGO Mindstorms NXT.

Личностная:

Находить нужную информацию в инструкциях.

.

Познавательная:

Создание собственного робота, умение программировать с помощью LEGO Mindstorms NXT.

Коммуникативная:

Развить коммуникативные умения при работе в группе.

Включаться в коллективное обсуждение проблем.

Регулятивная:

Соблюдать правила безопасной работы.

Планировать ход выполнения задания.

Научиться программировать роботов с помощью программы NXT 2.0 Programming

Корректировать программу при необходимости.

Личностная:

Развитие памяти и мышления, информационной культуры, мотивация к  изучению робототехники на старших классах. Самостоятельное решение технических задач в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль).

Познавательная:

Экспериментальное исследование.

Коммуникативная:

Излагать логически правильно действие своей модели.

Демонстрировать технические возможности робота.

Этапы занятия

Задачи

Содержание

деятельности

Планируемый результат

Организационный

Сконцентрировать внимание учащихся на учебной деятельности

Приветствие участников занятия

Настроить класс на рабочий ритм.

Мотивация учебной деятельности учащихся

Повторить ранее пройденный материал.

Подготовка рабочих мест.

Мобилизовать учащихся для включения в учебный процесс.

Актуализация  системы знаний, умений и навыков учащихся, необходимых для восприятия и осмысления нового материала

Актуализировать знания учащихся, приобретенные на  предыдущих уроках.

Педагог предлагает учащимся вспомнить название деталей конструктора, изученных на прошлом занятии и повторить правила и этапы конструирования.

 Заинтересовать учащихся, обобщить изученное на уроке, закрепить материал, развивать творчество.

Определение темы и целей урока

Введение учащихся в новый материал

Постановка цели занятия. Педагог предлагает учащимся перейти от этапа конструирования, к этапу программирования, по средствам программы LEGO Mindstorms.

Настроить учащихся на переход от предыдущей темы к новому материалу.

Изучение нового материала

Сообщение учащимся нового материала

Педагог сообщает учащимся новую информацию, рассказ сопровождается показом изображений на интерактивной доске.

 (приложение 1).

Учащиеся слушают, задают вопросы.

Закрепление изученного материала

Выполнение учащимися практической работы на ПК.

Педагог рекомендует учащимся применить новый полученный материал в практической работе.

(приложение 2)

Учащиеся самостоятельно выполняют задания, под руководством педагога.

Итоговый

Подведение итогов занятия

Оценка занятия, выявление плюсов и минусов.

Учащиеся оценивают свою работу, говорят, что получилось, и что нет, убирают рабочие места.

Домашнее задание

Составьте программу по которой, автомобиль при нажатии кнопки «Старт» едет по квадрату.

Меню файл (File).

1. Создает новый документ.
2. Открывает сохраненный на диске документ.
3. Закрывает текущий документ.
4. Сохраняет измения в текущем документе.
5. Сохраняет документ с заданным именем в заданном месте.
6. Настройка печати документа.
7. Печать документа.
8. Выход из программы.

Меню Редактирование (Edit)

1. Команды отмены и восстановления исправлений.
2. Команды операций с буфером обмена: вырезать, скопировать, вставить, очистить.
3. Создать новый программный блок пользователя.
4. Редактирование блока пользователя.
5. Редактирование иконки блока пользователя.
6. Управление палитрами пользователя.
7. Управление профилями пользователей.
8. Определение в программе переменных пользователя .

9. переменных пользователя .

Меню Инструменты (Tools)

1. Калибровка датчиков NXT.
2. Обновление прошивки NXT (см. также раздел Устранение неиспраувностей).
3. Управление загр
   зкой программы в несколько NXT.

Меню помощь (Help)

1. Оглавление и указатель файла справки.
2. Интернет поддержка пользователей.
3. Обновление программы через Интернет.
4. Регистрация программы.
5. О LEGO MindstormsEdu NXT.

Кнопка загрузить. Загружает текущую программу в NXT. Ее можно запустить через меню NXT.

Кнопка загрузить и запустить программу.

Загрузить и запустить избранное. Позволяет загружать части программ (даже отдельный блок) в NXT. Позволяет отладить работу отдельных частей программы.

Остановить выполнение программы.

Диагностика и управление памятью NXT, настройка параметров связи.

Этап урока

Номер слайда

Комментарии для учителя

Дополнительные материалы

Актуализация представлений о машинном обучении как отрасли искусственного интеллекта

1

Сегодня мы много говорим об искусственном интеллекте.

Человек учит компьютеры и наши гаджеты  понимать и воспроизводить человеческую речь («Сири» и «Алиса»). Но разные технологические компании работают над развитием систем компьютерного зрения.

Специалисты в области искусственного интеллекта учат машины понимать все что они видят, а не просто видеть разные объекты.

Фактически, мы пытаемся научить машины тому, что умеет человек: не просто слышать и видеть, но извлекать из услышанного и увиденного информацию, обрабатывать ее и принимать на ее основе какие-то решения.

Вегетарианец, которому принесли мясо.

Мы вооружаем современные компьютеры “органами чувств” и наделяем мыслительными способностями.

А беспилотные автомобили? Машины теперь сами «видят» дорогу, крутят руль и жмут на педали без помощи человека.

Примечание:

Презентация для проведения этого этапа урока

https://docs.google.com/presentation/d/1MX56ttL4jIA3I9H7zEkKTXC842g2b01WAJ62wVnOO9A/edit?pli=1#slide=id.g7ef436890d_0_0

Для справки:

Компьютерное зрение (иначе техническое зрение) — теория и технология создания машин, которые могут производить обнаружение, отслеживание и классификацию объектов. Среди наиболее часто решаемых задач с помощью систем компьютерного зрения называют:

• распознавание;
• идентификация;
• обнаружение;
• оценка движения;
• восстановление сцены, изображений (например, 3D формы по 2D изображениям);
• выделение на изображениях структур определенного вида, сегментация изображений;
• анализ оптического потока.

Подробнее:

Машинное зрение. Что это и как им пользоваться? Обработка изображений оптического источника. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://habr.com/ru/post/350918/ 

2

Сегодня огромные коллективы специалистов в области искусственного интеллекта трудятся в автомобильных корпорациях и разрабатывают беспилотные транспортные средства.

На слайде вы видите беспилотные автомобили марки Volkswagen, Volvo, Honda. Автопилот «Яндекса» поселился в новой модели Hyundai Sonata.

Для справки:

Volkswagen начал тесты автомобилей с автопилотом четвертого уровня. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.autonews.ru/news/5ca616629a794795b314aa5c 

Автомобили Volkswagen оснащены сложным комплексом оборудования, в который входят 14 видеокамер, 11 лазерных сенсоров и еще семь различных радаров. При помощи этих устройств искусственный интеллект получает и обрабатывает до пяти гигабайт информации. Общая мощность системы соответствует производительности примерно 15 современных ноутбуков.

• В 2018 года в Дубае заработал сервис беспилотных такси.
• По дороге вокруг Олимпийского парка в Сиднее проложен маршрут для беспилотных автобусов.
• 300 роботакси осуществляют перевозки в  Лас-Вегасе.
• Беспилотные автобусы начали ездить по дорогам Стокгольма.

Для справки:

Tadviser. [Электронный ресурс] – Режим доступа:http://www.tadviser.ru/index.php/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F:%D0%91%D0%B5%D1%81%D0%BF%D0%B8%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D0%B8_%D0%B2_%D0%A0%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B8%D0%B8

3

А что в России?

• К 2022 г. на трассе Москва—Санкт-Петербург должны начать курсировать беспилотные грузовые автомобили
• «Роскосмос» представил беспилотный трактор
• Два беспилотных автомобиля Яндекс.Такси в режиме эксперимента работают такси в Иннополисе (Казань. Беспилотник в Иннополисе совершил 1 тыс. поездок за два месяца. Пользоваться беспилотным автомобилем могут все взрослые жители города, которые дали согласие на участие в тестировании.
• КАМАЗ приступил к тестированию беспилотника-грузовика
• Беспилотник Яндекс.Такси тестируется в Сколково (Москва)
• К 2022 году должны быть подготовлены изменения в правила дорожного движения (ПДД), учитывающие трафик беспилотных автомобилей на дорогах общего пользования.

Сегодня Россия среди мировых лидеров в этой области искусственного интеллекта.

Рекомендации для учителя:

Важно показать, что в нашей стране больше десяти команд ведут разработки беспилотного транспорта в России (Яндекс, КАМАЗ и др.). Перед ними поставлена задача разработки адаптированных к использованию в российских климатических и дорожных условиях, прежде всего, в зимнее время.

Подробнее:

• В России изменят правила дорожного движения к 2022 году. [Электронный ресурс] – Режим доступа:https://iz.ru/934294/2019-10-21/v-rossii-izmeniat-pravila-dorozhnogo-dvizheniia-k-2022-godu
• Роскосмос представил беспилотный трактор. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://regnum.ru/news/it/2663635.html
• Беспилотник в Иннополисе совершил 1 тыс. поездок за два месяца. [Электронный ресурс] – Режим доступа:http://tatcenter.ru/news/bespilotnik-v-innopolise-sovershil-1-tys-poezdok-za-dva-mesyatsa/
• КАМАЗ приступил к тестированию беспилотника. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://rostec.ru/news/kamaz-pristupil-k-testirovaniyu-bespilotnika/

4

За беспилотными автомобилями, автобусами, грузовиками, тракторами, поездами - будущее. А в этом будущем будете жить вы! И вам предстоит совершенствовать эти технологии!

А на этом уроке мы попробуем разобраться, как человек научил машину ориентироваться на дороге…

• Итак, какими же “органами зрения” уже наделен современный автомобиль?

Примечание:

При наличии возможности (времени и технических условий) можно продемонстрировать видео от компании Tesla Motors, в котором показано как дорогу «видит» автомобиль, совершающий поездку в режиме автопилота.

https://hightech.fm/2016/11/21/tesla-autopilot-vision

5

К основным устройствам, осуществляющим сбор информации, относят, прежде всего:

• Радары - датчики, три из которых устанавливаются на переднем и один - на заднем (датчик парковки) бамперах, позволяют определять расстояния до объектов. Радары обеспечивают видимость объектов, устанавливают их скорость на расстоянии до 100 м, позволяют обнаруживать препятствия, считывать разметку по отраженному сигналу.
• Видеокамера устанавливается, как правило, рядом с зеркалом заднего вида, определяет сигналы светофора, свет от фар встречных автомобилей, помогает радарам фиксировать препятствия в виде пешеходов и велосипедистов.
• Лидар - вращающийся лазерный дальномер, сердце системы, устанавливается на крыше и сканирует окружающую среду на 100 м вокруг. Это позволяет создавать динамическую 3D-карту местности. Бортовой компьютер объединяет данные измерений с лидара, которые позволяют ему управлять автомобилем самостоятельно, избегая столкновений с препятствиями и соблюдая правила дорожного движения.
• Антенна GPS позволяет определять положение автомобиля на карте.
• Измеритель положения - датчик, установленный на левом заднем колесе, определяет положение автомобиля на карте.
• Колесный датчик системы ABS позволяет измерять скорость автомобиля.
• Датчики ABS и крена кузова позволяют держать автомобиль в полосе

Рекомендации для учителя:

Скорее всего, личный опыт школьников позволит организовать беседу в диалоговом режиме с опорой на личный опыт школьников. 

Для справки:

Радар (RADAR)- от англ. radio detection and ranging, радиообнаружение и измерение дальности.

Радары используют радиоволны для определения дальности, высоты, направления движения и скорости объектов. Излучающая антенна радара передает импульсы радиоволн, которые отражаются от любого препятствия на своем пути. Объект возвращает крошечную часть энергии волны, в принимающую антенну, которая обычно находится рядом с передатчиком.

Лидар (LIDAR) - от англ. light detection and ranging, обнаружение и определение дальности с помощью света.

GPS - от англ. global positioning system, система глобального позиционирования — спутниковая система навигации, обеспечивающая измерение расстояния, времени и определяющая местоположение объекта.

Система состоит из 32 спутников, вращающихся на средней орбите Земли.

ABS - от англ. anti-lock braking system,  электронная система, предотвращающая блокировку колёс и потерю управляемости транспортного средства при торможении.

Рекомендации для учителя:

В рассказ можно включить только те устройства, которые будут задействованы в игре.

Отбор заданий для игры также определяет учитель.

6

Как человек различает вкусную еду

У каждого из датчиков есть свои ограничения, поэтому наиболее полные данные можно получить благодаря их совместной работе.

• Например, радар может обнаружить объект на расстоянии до 300 метров и узнать его скорость. Однако точности его данных недостаточно для того, чтобы понять тип объекта.
• Камера позволяет беспилотнику распознавать окружающие предметы и определить такие детали, как надпись на дорожном знаке или сигнал светофора. При этом точность работы камеры зависит от погодных условий и освещения.
• Лидар в современном беспилотном автомобиле является основным сенсором. Он сканирует пространство с помощью лазерных лучей, которые отражаются от объектов и создают трехмерную картину окружающей среды с расстояниями до каждого из них с точностью до сантиметра. Его работа не зависит от освещенности и погодных условий, и он даёт более точную информацию об объекте, чем радар. Однако лидар не сможет определить цвет светофора или надпись на дорожном знаке.

Подробнее:

«Яндекс» разработал собственные лидары для беспилотных автомобилей. [Электронный ресурс] – Режим доступа:https://vc.ru/transport/97355-yandeks-razrabotal-sobstvennye-lidary-dlya-bespilotnyh-avtomobiley

Интерактивная игра на ноутбуках “Беспилотник на дороге”

7

Введение. 

Давайте с вами попробуем собрать сначала данные для обучения.

На слайде вы видите пример Google-капчи, на которой нужно отсеивать все лишнее и не относящееся к дорожной обстановке. Мы с вами, подтверждая, что мы не роботы не один раз обучали систему распознавать различные объекты на дороге.

Рекомендации для учителя:

В ходе игры школьникам предстоит поработать с данными, имитирующими различные модельные ситуации, прогнозировать работу алгоритмов в реальных ситуациях и анализировать результат.

Примечание:

Важно показать школьникам, что на этом этапе мы моделируем этап сбора данных, с которыми работают специалисты в области больших данных.

• На следующем этапе ребятам предстоит выполнить ряд упражнений моделирующих  работу специалистов в области больших данных на компьютере

Необходимо определить следующие классы объектов:

• подвижные (машины, люди и т.п.)/ неподвижные (рекламные щиты, автобусные остановки и т.п.);
• живые (люди, животные и т.п.)/ неодушевленные предметы (футбольный мяч, светофор и т.п.);
• регламентирующие правила дорожного движения (светофор, дорожные знаки, разметка и т.п.)/ случайные объекты (столб, паттерна и т.п.);
• маленькие (кошка, мяч и т.п.)/ большие (автомобили и т.п.) и др.

Также есть смысл еще раз повторить назначение устройств!

Примечание:

Обратите внимание, что на этом этапе мы моделируем этап работы исследователя данных,  непосредственно связанный с анализом данных.

Время практического этапа - ____ минут.

Подведение итогов этапа работы

По результатам игры учитель должен подвести обучающихся к выводу о том, что для решения такой непростой задачи как беспилотный автомобиль на дороге понадобится очень много данных от разных устройств, точность этих устройств, а специалисты в этой сфере будут продолжать оставаться очень востребованными.  

Рекомендации для учителя:

В беседе важно подчеркнуть перспективу развития этой отрасли искусственного интеллекта.

Например, инженеры еще не придумали самого лучшего способа делать лидар для беспилотных автомобилей — есть много технологий со своими плюсами и минусами, а абсолютного чемпиона среди них нет.

Возможно, кто-то из сегодняшних школьников будет разрабатывать и совершенствовать такие технологии.