|
Программа по робототехнике и ИКТ для 5 класса ФМЛ №239
Филиппов С.А., 2013-2014 учебный год
Цели
Формирование информационной культуры учащихся, соответствующей требованиям современного мира.
Развитие базовых навыков использования компьютеров и управляемых микропроцессорных устройств.
Обобщенный тематический план и ожидаемые результаты
Тема
|
Часы
|
Ожидаемые знания
|
Навыки
|
Знакомство с компьютером
|
8
|
Назначение компьютера и его основных устройств. Интерфейс операционной системы. Информационные структуры. Алгоритмы работы компьютера.
|
Управление работой компьютера: запуск программ, отслеживание состояния задач, переходы между окнами с помощью мыши
|
Работа с информацией
|
14
|
Информационные процессы: хранение, обработка, передача. Алгоритмы обработки информации, кодирование информации. Единицы измерения информационного объема. Информационная схема компьютера. Понятие объекта.
|
Измерение объема информации. Кодирование и раскодирование, шифрование сообщений с известным кодом (шифром). Работа с клавиатурой: набор и редактирование текста.
|
Знакомство с программным обеспечением
|
8
|
Файловая система. Проводник. Назначение и основные возможности программного обеспечения: графический редактор, текстовый редактор. Составление презентаций.
|
Уметь найти, скопировать, открыть, отредактировать, создать и сохранить документ. Создать рисунок в графическом редакторе с использованием примитивов. Установить или изменить его размеры. Набрать текст в графическом редакторе, отформатировать абзацы, вставить рисунок, разместить его в тексте. Создать презентацию из 5-7 слайдов с текстом и рисунками, сделать доклад с поддержкой презентации.
|
Простейшие механизмы
|
10
|
Названия и способы крепления базовых деталей. Виды механической передачи, изменяемые характеристики: тяговая сила, угловая скорость. Формула расчета передаточного отношения одноступенчатой и многоступенчатой передачи.
|
Построить устойчивую конструкцию. Построить понижающую или повышающую передачу с заданным передаточным отношением. По имеющейся передаче рассчитать передаточное отношение.
|
Моторные механизмы
|
8
|
Необходимые условия для работы электродвигателя и движения моторной тележки: передача, центр тяжести, сцепление с поверхностью. Преобразование вращательного движения в поступательное.
|
Построить моторную тележку, способную преодолеть препятствие. Изменить передачу между двигателем и колесами. Выступить на состязаниях силовых роботов. Построить шагающего робота. Построить маятник Капицы и обеспечить его стабилизацию в верхней точке.
|
Управление мобильным роботом
|
20
|
Алгоритм. Управление без обратной связи. Управление с обратной связью. Основы Robolab: управление моторами, сбор данных с датчиков, ветвления, циклы, контейнеры, параллельные задачи. Элементы теории автоматического управления. Решение простейших задач слежения.
|
Уметь собрать робота по инструкции или без нее и составить программу в среде Robolab, которая обеспечит решение поставленной задачи: движение по линии, выталкивание предметов из круга, путешествие по комнате, выход из лабиринта, движение вдоль стены, объезд предметов и др.
|
Итого:
|
68
|
|
|
Поурочно-тематическое планирование (68 часов)
Часть 1. Знакомство с компьютером (8 часов).
1
|
Компьютер — наш помощник
|
Орудия труда, автоматы, программы, программирование, профессии компьютера. Исполнитель Бука.
|
2
|
Рабочий стол
|
Значки и ярлыки на Рабочем столе. Панель задач. Главное меню. Мышиные операции. Алгоритм операции Перетаскивание. Исполнитель Извозчик.
|
3
|
Курсор
|
Указатели. Мышиные курсоры. Операция изменения размеров.
|
4
|
Пиктограмма
|
Разнообразие пиктограмм. Пиктограммы на экране компьютера. Исполнитель Пиктограмма. Конкурс пиктограмм.
|
5
|
Программа и ее окно
|
Структура окна. Заголовок окна и кнопки управления. Операции над окном. Оконные ОС.
|
6
|
Меню
|
Понятие интерфейса. Простой список. Пиктографическое меню. Меню на обычных кнопках, радиокнопках, флажках. Разворачивающийся список. Иерархия. Иерархическое меню.
|
7
|
Привет и Сочинитель
|
Алгоритмы работы «литературных» исполнителей. План, алгоритм, программа. Понятие параллельного алгоритма. Может ли компьютер думать? Исполнители Привет и Сочинитель.
|
8
|
Контрольная работа
|
Повторение пройденного материала.
|
Часть 2. Работа с информацией (14 часов).
1
|
Что такое информация
|
Понятие информации. Какую информацию изучает информатика. Скорость передачи, алгоритмы обработки. Редактор строки (цифры, переключения регистра и алфавита, русские строчные буквы, клавиша Bs).
|
2
|
Как получить информацию
|
Универсальность информатики. Виды представления информации. Органы чувств. Алгоритмы обработки. Редактор строки (заглавные буквы, клавиша Del).
|
3
|
Что можно делать с информацией
|
Информационные процессы (хранение, передача, обработка). Игра «Поход за информацией». Измерение объема информации. Байт. Алгоритмы Обработчика. Редактор строки (знаки препинания, специальные символы).
|
4
|
Хранение информации
|
Информационные носители. Способы хранения информации. Двоичное кодирование. Хранение информации в компьютере, Интернете. Алгоритмы Обработчика. Редактор строки (латинские буквы).
|
5
|
Хранить, чтобы искать
|
Способы структурирования информации (информационный элемент, множество, линейный список, стек, очередь, список, иерархия, лес, граф, таблица, составные структуры). Электронные таблицы. Хранение по алфавиту. Содержание. Индекс. Гипертекст. Поиск информации в Интернете. Редактор строки (Home, End, Ins).
|
6
|
Передача информации
|
Источник, приемник и канал передачи. Преобразование информации при передаче. Передача в Интернете. Скорость передачи. Игры в передачу информации. Классификация ошибок клавиатурного набора. Алгоритмы исправления. Тренажер Правилка.
|
7
|
Искажения при передаче
|
Причины искажений. Типы ошибок передачи. Ошибки в компьютере. Защита от искажений. Исполнитель Листик. Игры в кодирование и передачу. Тренажер Правилка.
|
8
|
Обработка информации
|
Схема обработки информации. Обработка на компьютере. Операционная система. Исполнители Бухгалтер и Переводчик.
|
9
|
Алгоритмы обработки информации
|
Понятие алгоритма, составителя, исполнителя. Компьютерные алгоритмы и программы. План работы программиста. Пример разработки программы. Исполнитель Малыш (учебный компьютер). Буфер обмена ОС.
|
10
|
Кодирование информации
|
Способы кодирования. Двоичное кодирование и физика ЭВМ. Исполнители Листик и Бухгалтер. Игры в кодирование.
|
11
|
Шифрованные сообщения
|
Криптография. Тарабарский язык. Табличный шифр. Алфавитные сдвиги. Компьютерная криптография. Симметричное и асимметричное шифрование. Исполнители: Криптограф, Табличный шифр, Волшебный квадрат, Ребус.
|
12
|
Что там у компьютера внутри
|
Информационная схема компьютера и набор его устройств. Единицы измерения объема памяти. Иерархическая схема компьютерной памяти. Исполнитель Компьютер.
|
13
|
Информационные объекты
|
Понятие объекта. Материальные и виртуальные объекты. Объекты в информатике. Свойства, алгоритмы и события объекта. Структурное программирование. Объектное программирование. Визуальное программирование объектов в исполнителе Конструктор.
|
14
|
Контрольная работа
|
Повторение пройденного материала.
|
Часть 3. Знакомство с программным обеспечением (8 часов).
1
|
Файловая система. Ресурсы сети.
|
Файл, папка. Имя файла, папки. Сетевые и локальные диски. Регистрация в школьной сети. Электронная почта.
|
2
|
Знакомство с редактором Блокнот.
|
Обзор возможностей. Сохранение документа на диске. Выполнение циклических алгоритмов редактирования.
|
3
|
Понятие текстового процессора.
|
Сравнение WordPad с Блокнотом. Панель инструментов. Понятие формата. Абзацы и способы их форматирования.
|
4-5
|
Рисунки на компьютере.
|
Возможности компьютерной графики. Области приложения компьютерной графики. Знакомство с редактором Paint.
|
6
|
Подготовка реферата.
|
Форматирование текста. Вставка рисунка в текстовый документ.
|
7-8
|
Доклад на заданную тему: подготовка презентации.
|
Назначение и содержание презентации. Размещение информации на слайдах. Вставка рисунков и видеороликов.
|
Часть 4. Простейшие механизмы (10 часов).
1
|
Роботы и робототехника
|
Понятие «робот». История становления. Законы робототехники.
|
2
|
Знакомство с конструктором
|
Игра «Фантастическое животное». Основные типы деталей.
|
3
|
Строительство башни
|
Игра «Самая высокая башня». Способы крепления деталей.
|
4
|
Механический манипулятор
|
Игра «Самая длинная хваталка». Шарнир. Захват.
|
5
|
Механическая передача
|
Понятие и виды передачи. Изменение направления вращения. Угловая скорость и тяговая сила. Паразитные шестеренки, трение.
|
6
|
Передаточное отношение
|
Ведущая и ведомая шестерня. Передаточное отношение как отношение угловых скоростей, как отношение количества зубцов на шестеренках.
|
7
|
Повышающая передача
|
Игра «Волчок». Построение механизма для раскручивания волчка. Мультипликатор.
|
8
|
Понижающая передача
|
Игра «Силовая крутилка». Построение редкутора, развивающего наибольшую тяговую силу.
|
9
|
Лабораторная работа
|
Лабораторная работа по теме «Механическая передача»
|
10
|
3D-Моделирование
|
Построение трехмерных моделей роботов
|
Часть 5. Моторные механизмы (8 часов).
1
|
Электродвигатель с редуктором.
|
Простейшая одномоторная тележка. Понижение и повышение передачи. Преодоление препятствий. Игра «сдвинуть гору».
|
2-3
|
Силовые механизмы.
|
Центр тяжести. Сцепление с поверхностью. Полный привод. Игра «Перетягивание каната». Бампер. Игра «Сумо».
|
4
|
Робот-жук.
|
Шагающий механизм. Игра «Царь горы».
|
5-6
|
Шагающие роботы.
|
Возвратно-поступательное движение. Кривошипно-шатунный механизм. Гонки шагающих роботов.
|
7
|
Повышающая передача
|
Скоростная тележка.
|
8
|
Маятник Капицы.
|
Повышающая передача. Вибрационная стабилизация маятника в неустойчивом верхнем положении.
|
Часть 6. Управление мобильным роботом (20 часов).
1
|
Знакомство с программируемым конструктором
|
Микроконтроллер, сервомоторы, датчики, встроенная оболочка. Набор деталей. Правила обращения с конструктором.
|
2
|
Сборка двухприводного робота.
|
Сборка робота по инструкции. Простейшие команды управления.
|
3
|
Знакомство со средой Robolab.
|
Интерфейс Robolab. Управление без обратной связи. Линейная программа. Бесконечное повторение. Цикл с заданным числом повторений.
|
4
|
Robolab. Команды ожидания. Датчики.
|
Датчик нажатия. Путешествие по комнате. Датчик ультразвука. Реакция на предметы.
|
6-7
|
Robolab. Датчик освещенности. Совмещение датчиков.
|
Датчик освещенности. Танец в круге. Игра «Кегельринг». Игра «мини-Сумо».
|
8
|
Задача слежения.
|
Движение по линии. Релейный регулятор.
|
9
|
Robolab. Ветвление.
|
Движение по линии с двумя датчиками. Релейный регулятор.
|
10
|
Путешествие в лабиринте.
|
Датчик расстояния. Выход из известного лабиринта. Параллельные задачи. Таймер. Защита от сбоев.
|
11-12
|
Robolab. Контейнеры.
|
Контейнер, переменная. Операции с контейнерами. Цикл по значению контейнера. Задачи с использованием контейнеров.
|
13-14
|
Robolab. Использование математических выражений
|
Пропорциональный регулятор для движения по линии.
|
15-16
|
Состязания роботов
|
Подготовка и проведение состязаний роботов.
|
17-20
|
Проект «Мой робот»
|
Создание робота, программы, трехмерной модели, мини-реферата и презентации о роботе.
|
Календарно-тематическое планирование для 5 класса (68 часов)
№
|
Месяц
|
Тема
|
Часы
|
1
|
сентябрь
|
Вводный урок. ТБ
|
1
|
2
|
сентябрь
|
Знакомство с конструктором. Фантастическое животное.
|
1
|
3
|
сентябрь
|
Регистрация в комп. сети
|
1
|
4
|
сентябрь
|
Механический манипулятор
|
1
|
5
|
сентябрь
|
Устройство компьютера
|
1
|
6
|
сентябрь
|
Механизмы и автоматы
|
1
|
7
|
сентябрь
|
Механическая передача
|
1
|
8
|
сентябрь
|
Рабочий стол
|
1
|
9
|
октябрь
|
Ременная передача
|
1
|
10
|
октябрь
|
Курсор
|
1
|
11
|
октябрь
|
Вход в школьную сеть
|
1
|
12
|
октябрь
|
Пиктограмма
|
1
|
13
|
октябрь
|
Мультипликатор. Повышающая передача
|
1
|
14
|
октябрь
|
Программа и ее окно
|
1
|
15
|
октябрь
|
Механизмы с электродвигателем
|
1
|
16
|
октябрь
|
Зачет по механической передаче
|
1
|
17
|
ноябрь
|
Знакомство с NXT.
|
1
|
18
|
ноябрь
|
Датчики.
|
1
|
19
|
ноябрь
|
Одномоторная тележка
|
1
|
20
|
ноябрь
|
Полный привод и передача
|
1
|
12
|
ноябрь
|
Двухмоторная тележка
|
1
|
13
|
ноябрь
|
NXT Program
|
1
|
14
|
декабрь
|
Введение в Robolab
|
1
|
15
|
декабрь
|
Движение по квадрату
|
1
|
16
|
декабрь
|
Движение в круге
|
1
|
17
|
декабрь
|
Кегельринг
|
1
|
18
|
декабрь
|
Регуляторы
|
1
|
19
|
декабрь
|
Управление двигателем
|
1
|
20
|
декабрь
|
Следование по линии с релейным регулятором
|
1
|
21
|
декабрь
|
Следование по линии с пропорциональным регулятором
|
1
|
22
|
январь
|
Контрольная работа по теме "Знакомство с компьютером"
|
1
|
23
|
январь
|
Поиск предметов, кегельринг
|
1
|
24
|
январь
|
Лабиринт
|
1
|
25
|
январь
|
Получение информации
|
1
|
26
|
январь
|
Подпрограммы
|
1
|
27
|
январь
|
Информационные процессы
|
1
|
28
|
февраль
|
Лабиринт с одним датчиком
|
1
|
29
|
февраль
|
Два датчика. Правило правой руки.
|
1
|
30
|
февраль
|
Поиск информации
|
1
|
31
|
февраль
|
Определение пересечений
|
1
|
32
|
февраль
|
Передача информации. Двоичный код
|
1
|
33
|
февраль
|
Подсчет перекрестков
|
1
|
34
|
февраль
|
Искажения при передаче
|
1
|
35
|
февраль
|
Действия на перекрестках
|
1
|
36
|
март
|
Обработка информации
|
1
|
37
|
март
|
Пропорциональный регулятор для движения по линии с двумя датчиками
|
1
|
38
|
март
|
Алгоритмы обработки информации
|
1
|
39
|
март
|
Простейшая калибровка датчиков
|
1
|
40
|
март
|
Bluetooth соединение
|
1
|
41
|
март
|
Кодирование информации
|
1
|
42
|
март
|
Подготовка к состязаниям
|
1
|
43
|
апрель
|
Системы счисления
|
1
|
44
|
апрель
|
Калибровка. Повторение
|
1
|
45
|
апрель
|
Шифрование информации
|
1
|
46
|
апрель
|
Устройство компьютера
|
1
|
47
|
апрель
|
Управление манипулятором с передачей
|
1
|
48
|
апрель
|
Объекты. Подготовка к зачету
|
1
|
49
|
апрель
|
Подготовка к зачету
|
2
|
50
|
май
|
Зачет по робототехнике
|
2
|
51
|
май
|
Зачет по информатике
|
2
|
52
|
май
|
Пересдача зачета
|
1
|
53
|
май
|
Футбол роботов
|
2
|
54
|
май
|
Резерв
|
2
|
|
|
Итого
|
68
|
Тематическое планирование
Основное содержание по темам
|
Часы
|
Характеристика основных видов деятельности ученика
|
Знакомство с компьютером
|
Назначение компьютера и его основных устройств. Интерфейс операционной системы. Информационные структуры. Алгоритмы работы компьютера.
|
8
|
Управление работой компьютера: запуск программ, отслеживание состояния задач, переходы между окнами с помощью мыши
|
Работа с информацией
|
Информационные процессы: хранение, обработка, передача. Алгоритмы обработки информации, кодирование информации. Единицы измерения информационного объема. Информационная схема компьютера. Понятие объекта.
|
14
|
Измерение объема информации. Кодирование и раскодирование, шифрование сообщений с известным кодом (шифром). Работа с клавиатурой: набор и редактирование текста.
|
Знакомство с программным обеспечением
|
Файловая система. Проводник. Назначение и основные возможности программного обеспечения: графический редактор, текстовый редактор. Составление презентаций.
|
8
|
Уметь найти, скопировать, открыть, отредактировать, создать и сохранить документ. Создать рисунок в графическом редакторе с использованием примитивов. Установить или изменить его размеры. Набрать текст в графическом редакторе, отформатировать абзацы, вставить рисунок, разместить его в тексте. Создать презентацию из 5-7 слайдов с текстом и рисунками, сделать доклад с поддержкой презентации.
|
Простейшие механизмы
|
Названия и способы крепления базовых деталей. Виды механической передачи, изменяемые характеристики: тяговая сила, угловая скорость. Формула расчета передаточного отношения одноступенчатой и многоступенчатой передачи.
|
10
|
Построить устойчивую конструкцию. Построить понижающую или повышающую передачу с заданным передаточным отношением. По имеющейся передаче рассчитать передаточное отношение.
|
Моторные механизмы
|
Необходимые условия для работы электродвигателя и движения моторной тележки: передача, центр тяжести, сцепление с поверхностью. Преобразование вращательного движения в поступательное.
|
8
|
Построить моторную тележку, способную преодолеть препятствие. Изменить передачу между двигателем и колесами. Выступить на состязаниях силовых роботов. Построить шагающего робота. Построить маятник Капицы и обеспечить его стабилизацию в верхней точке.
|
Управление мобильным роботом
|
Алгоритм. Управление без обратной связи. Управление с обратной связью. Основы Robolab: управление моторами, сбор данных с датчиков, ветвления, циклы, контейнеры, параллельные задачи. Элементы теории автоматического управления. Решение простейших задач слежения.
|
20
|
Уметь собрать робот по инструкции или без нее и составить программу в среде Robolab, которая обеспечит решение поставленной задачи: движение по линии, выталкивание предметов из круга, путешествие по комнате, выход из лабиринта, движение вдоль стены, объезд предметов и др.
|
Итого:
|
68
|
|
Список литературы
Робототехника для детей и родителей. С.А.Филиппов. СПб: Наука, 2013.
Санкт-Петербургские олимпиады по кибернетике М.С.Ананьевский, Г.И.Болтунов, Ю.Е.Зайцев, А.С.Матвеев, А.Л.Фрадков, В.В.Шиегин. Под ред. А.Л.Фрадкова, М.С.Ананьевского. СПб.: Наука, 2006.
Журнал «Компьютерные инструменты в школе», подборка статей за 2010 г. «Основы робототехники на базе конструктора Lego Mindstorms NXT».
LEGO Technic Tora no Maki, ISOGAWA Yoshihito, Version 1.00 Isogawa Studio, Inc., 2007, http://www.isogawastudio.co.jp/legostudio/toranomaki/en/.
CONSTRUCTOPEDIA NXT Kit 9797, Beta Version 2.1, 2008, Center for Engineering Educational Outreach, Tufts University, http://www.legoengineering.com/library/doc_download/150-nxt-constructopedia-beta-21.html.
http://www.legoeducation.info/nxt/resources/building-guides/
http://www.legoengineering.com/
Программа по информатике и ИКТ для 5 класса ФМЛ №239. Филиппов С.А.
|
