Пояснительная записка
Данная программа разработана на основе программы факультативных уроков по робототехникеМБОУ «Лицей №174»учителя Гаврилова Михаила Сергеевича (http://www.prorobot.ru)
Основным содержанием данного курса являются постепенное усложнение занятий от технического моделирования до сборки и программирования роботов с использованием материалов книги С.А. Филиппова «Робототехника для детей и родителей» и компьютеров.
Актуальность курса заключается в том, что он направлен на формирование творческой личности живущей в современном мире. Технологические наборы LEGOMINDSTORMSNXT2.0 ориентированы на изучение основных физических принципов и базовых технических решений, лежащих в основе всех современных конструкций и устройств.
На уроках используются конструктор “Базовый набор 9797” серии LEGOMINDSTORMSNXT 2.0 с программным обеспечением ПервоРобот (CD-Rдиск с визуальной средой программирования NXT-G).
Используя персональный компьютер, либо нетбук или ноутбукс ПО NXT-G, LEGO-элементы из конструктораученики могут конструировать управляемые модели роботов.Загружая управляющую программу вспециальныйLEGO-компьютер NXT и присоединяя его к модели робота, робот функционирует автономно. NXT работает независимо от настольного компьютера, на котором была написана управляющая программа; получая информацию от различных датчиков и обрабатывая ее, он управляет работой моторов.
Итоги изученных тем подводятся созданием учениками собственных автоматизированных моделей, с написанием программ, используемых в своих проектах, и защитой этих проектов.
Цель:
Научить использовать средства информационных технологий, чтобы проводить исследования и решать задачи в межпредметной деятельности.
Задачи:
Знакомство со средой программирования NXT-G;
Усвоение основ программирования, получить умения составления алгоритмов;
Умение использовать системы регистрации сигналов датчиков, понимание принципов обратной связи;
Проектирование роботов и программирование их действий;
Через создание собственных проектов прослеживать пользу применения роботов в реальной жизни;
Расширение области знаний о профессиях;
Умение учеников работать в группах.
Принципы организации курса
Организация работы с продуктами LEGO Education базируется на принципе практического обучения. Учащиеся сначала обдумывают, а затем создают различные модели. При этом активизация усвоения учебного материала достигается благодаря тому, что мозг и руки «работают вместе». При сборке моделей, учащиеся не только выступают в качестве юных исследователей и инженеров. Они ещё и вовлечены в игровую деятельность.
Играя с роботом, школьники с лёгкостью усваивают знания из естественных наук, технологии, математики, не боясь совершать ошибки и исправлять их. Ведь робот не может обидеть ребёнка, сделать ему замечание или выставить оценку, но при этом он постоянно побуждает их мыслить и решать возникающие проблемы.
Формы проведения занятий
Первоначальное использование конструкторов Лего требует наличия готовых шаблонов: при отсутствии у многих детей практического опыта необходим первый этап обучения, на котором происходит знакомство с различными видами соединения деталей, вырабатывается умение читать чертежи и взаимодействовать в команде.
В дальнейшем, учащиеся отклоняются от инструкции, включая собственную фантазию, которая позволяет создавать совершенно невероятные модели. Недостаток знаний для производства собственной модели компенсируется возрастающей активностью любознательности учащегося, что выводит обучение на новый продуктивный уровень.
Основные этапы разработки Лего-проекта:
Обозначение темы проекта.
Цель и задачи представляемого проекта.
Разработка механизма на основе конструктора Лего.
Составление программы для работы механизма.
Тестирование модели, устранение дефектов и неисправностей.
При разработке и отладке проектов учащиеся делятся опытом друг с другом, что очень эффективно влияет на развитие познавательных, творческих навыков, а также самостоятельность школьников.
Традиционными формами проведения занятий являются: беседа, рассказ, проблемное изложение материала. Основная форма деятельности учащихся – это самостоятельная интеллектуальная и практическая деятельность учащихся, в сочетании с групповой, индивидуальной формой работы школьников
Обучение с LEGO ВСЕГДА состоит из 4 этапов:
установление взаимосвязей,
конструирование,
рефлексия,
развитие.
На каждом из вышеперечисленных этапов учащиеся как бы «накладывают» новые знания на те, которыми они уже обладают, расширяя, таким образом, свои познания.
Планируемые результаты
УЧАЩИЕСЯ ДОЛЖНЫ ЗНАТЬ:
- правила безопасной работы;
- основные компоненты конструкторов ЛЕГО;
- конструктивные особенности различных моделей, сооружений и механизмов;
- виды подвижных и неподвижных соединений в конструкторе;
- самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания;
- создавать модели при помощи специальных элементов по разработанной схеме, по собственному замыслу.
УЧАЩИЕСЯ ДОЛЖНЫ УМЕТЬ:
- работать с литературой, с журналами, с каталогами, в интернете (изучать и обрабатывать информацию);
- самостоятельно решать технические задачи в процессе конструирования роботов (планирование предстоящих действий, самоконтроль, применять полученные знания);
-уметь критически мыслить.
Кроме того, одним из ожидаемых результатов занятий по данному курсу является участие школьников в различных в лего-конкурсах и олимпиадах по робототехнике.
№
|
Тема
|
Содержание
|
Часы
|
1
|
Введение в робототехнику
|
Лекция. Цели и задачи курса. Что такое роботы. Ролики, фотографии и мультимедиа. Рассказ о соревнованиях роботов: Евробот, фестиваль мобильных роботов, олимпиады роботов. Спортивная робототехника. В т.ч. - бои роботов (неразрушающие). Конструкторы и «самодельные» роботы.
|
1
|
2
|
Конструкторы компании ЛЕГО
|
Лекция. Информация о имеющихся конструкторах компании ЛЕГО, их функциональном назначении и отличии, демонстрация имеющихся у нас наборов
|
1
|
3
|
Знакомимся с набором LegoMindstormsNXT 2.0 сборки 8547
|
Лекция. Знакомимся с набором LegoMindstormsNXT 2.0 сборки 9797. Что необходимо знать перед началом работы с NXT. Датчики конструкторов LEGO на базе компьютера NXT (Презентация), аппаратный и программный состав конструкторов LEGO на базе компьютера NXT (Презентация), сервомотор NXT.
|
1
|
4
|
Конструирование первого робота
|
Практика. Собираем первую модель робота «Пятиминитука» по инструкции.
|
1
|
5
|
Конструирование первого робота
|
Практика. Собираем первую модель робота «Пятиминитука» по инструкции.
|
1
|
6
|
Изучение среды управления и программирования
|
Лекция. Изучение программного обеспечения, изучение среды программирования, управления. Краткое изучение программного обеспечения, изучение среды программирования и управления.
Собираем робота "Линейный ползун": модернизируем собранного на предыдущем уроке робота "Пятиминутку" и получаем "Линейного ползуна".
Загружаем готовые программы управления роботом, тестируем их, выявляем сильные и слабые стороны программ, а также регулируем параметры, при которых программы работают без ошибок.
|
1
|
7
|
Программирование робота
|
Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий из 4-5 блоков
|
1
|
8
|
Программирование робота
|
Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий из 4-5 блоков
|
1
|
9
|
Конструируем более сложного робота
|
Создаём и тестируем "Трёхколёсного робота".
У этого робота ещё нет датчиков, но уже можно писать средние по сложности программы для управления двумя серводвигателями.
|
1
|
10
|
Конструируем более сложного робота
|
Создаём и тестируем "Трёхколёсного робота".
У этого робота ещё нет датчиков, но уже можно писать средние по сложности программы для управления двумя серводвигателями.
|
1
|
11
|
Программирование более сложного робота
|
Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук. (более сложная программа).
Собираем и программируем "Бот-внедорожник"
На предыдущем уроке мы собрали "Трёхколёсного" робота. Мы его оставили в ящике, на этом уроке достаём и вносим небольшие изменения в конструкцию. Получаем уже более серьёзная модель, использующую датчик касания. Соответственно, мы продолжаем эксперименты по программированию робота. Пишем программу средней сложности, которая должна позволить роботу реагировать на событие нажатия датчика.
Задача примерно такая: допустим, робот ехал и упёрся в стену. Ему необходимо отъехать немножко назад, повернуть налево и затем продолжить движение прямо. Необходимо зациклить эту программу. Провести испытание поведения робота, подумать в каких случаях может пригодиться полученный результат.
|
1
|
12
|
Программирование более сложного робота
|
Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий. Количество блоков в программах более 5 штук. (более сложная программа).
Собираем и программируем "Бот-внедорожник"
На предыдущем уроке мы собрали "Трёхколёсного" робота. Мы его оставили в ящике, на этом уроке достаём и вносим небольшие изменения в конструкцию. Получаем уже более серьёзная модель, использующую датчик касания. Соответственно, мы продолжаем эксперименты по программированию робота. Пишем программу средней сложности, которая должна позволить роботу реагировать на событие нажатия датчика.
Задача примерно такая: допустим, робот ехал и упёрся в стену. Ему необходимо отъехать немножко назад, повернуть налево и затем продолжить движение прямо. Необходимо зациклить эту программу. Провести испытание поведения робота, подумать в каких случаях может пригодиться полученный результат.
|
1
|
13
|
Собираем гусеничного робота по инструкции
|
Создаём и тестируем "Гусеничного робота".
Задача: необходимо научиться собирать робота на гусеницах. Поэтому тренируемся, пробуем собрать по инструкции. Если всё получилось, то управляем роботом с сотового телефона или с компьютера. Запоминаем конструкцию. Анализируем плюсы и минусы конструкции. На следующем уроке попробуем разобрать и заново собрать робота.
|
1
|
14
|
Собираем гусеничного робота по инструкции
|
Создаём и тестируем "Гусеничного робота".
Задача: необходимо научиться собирать робота на гусеницах. Поэтому тренируемся, пробуем собрать по инструкции. Если всё получилось, то управляем роботом с сотового телефона или с компьютера. Запоминаем конструкцию. Анализируем плюсы и минусы конструкции. На следующем уроке попробуем разобрать и заново собрать робота.
|
1
|
15
|
Собираем по инструкции робота-сумоиста
|
Нам необходимо ознакомиться с конструкцией самого простого робота сумоиста. Для этого читаем и собираем робота по инструкции: бот - сумоист. Собираем, запоминаем конструкцию. Тестируем собранного робота. Управляем им с ноутбука/нетбука.
|
1
|
16
|
Собираем по инструкции робота-сумоиста
|
Нам необходимо ознакомиться с конструкцией самого простого робота сумоиста. Для этого читаем и собираем робота по инструкции: бот - сумоист. Собираем, запоминаем конструкцию. Тестируем собранного робота. Управляем им с ноутбука/нетбука.
|
1
|
17
|
Соревнование "роботов сумоистов"
|
Собираем по памяти на время робота-сумоиста. Продолжительность сборки: 30-60 минут. Устраиваем соревнования. Не разбираем конструкцию робота победителя. Необходимо изучить конструкции, выявить плюсы и минусы бота.
|
1
|
18
|
Соревнование "роботов сумоистов"
|
Собираем по памяти на время робота-сумоиста. Продолжительность сборки: 30-60 минут. Устраиваем соревнования. Не разбираем конструкцию робота победителя. Необходимо изучить конструкции, выявить плюсы и минусы бота.
|
1
|
19
|
Свободный урок. Сбор готовой модели на выбор.
|
Сбор и исследование одной из моделей роботов на выбор:
Гоночная машина - автобот - автомобиль с возможностью удалённого управления и запрограммирования его для движения по цветным линиям на полу!
Бот с ультразвуковым датчиком - 4-х колёсный робот с интеллектуальной программой, принимающей решение куда ехать при наличии препятствия.
Бот с датчиком касания - 4-х колёсный робот с программой, использующей датчик касания в качестве инструмента для определения препятствий.
Бот с датчиком для следования по линии - робот, программа которого настроена на его движение по чёрной линии.
Бот стрелок - простейший робот, стреляющий в разные стороны шариками.
Цель: Закрепить навыки конструирования по готовым инструкциям. Изучить программы.
Ученикам необходимо собрать модели по инструкции. Загрузить имеющуюся программу. Изучить работу программы, особенности движения, работы с датчиком и т.д. модели робота. Сделать соответствующие выводы.
|
1
|
20
|
Свободный урок. Сбор готовой модели на выбор.
|
Сбор и исследование одной из моделей роботов на выбор:
Гоночная машина - автобот - автомобиль с возможностью удалённого управления и запрограммирования его для движения по цветным линиям на полу!
Бот с ультразвуковым датчиком - 4-х колёсный робот с интеллектуальной программой, принимающей решение куда ехать при наличии препятствия.
Бот с датчиком касания - 4-х колёсный робот с программой, использующей датчик касания в качестве инструмента для определения препятствий.
Бот с датчиком для следования по линии - робот, программа которого настроена на его движение по чёрной линии.
Бот стрелок - простейший робот, стреляющий в разные стороны шариками.
Цель: Закрепить навыки конструирования по готовым инструкциям. Изучить программы.
Ученикам необходимо собрать модели по инструкции. Загрузить имеющуюся программу. Изучить работу программы, особенности движения, работы с датчиком и т.д. модели робота. Сделать соответствующие выводы.
|
1
|
ИТОГО:
|
20
|
Методическое обеспечение дополнительной образовательной программы
Обеспечение программы предусматривает наличие следующих методических видов продукции:
- электронные учебники;
- экранные видео лекции, Screencast (экранное видео - записываются скриншоты (статические кадры экрана) в динамике);
- видео ролики;
- информационные материалы на сайте, посвященном данной дополнительной образовательной программе;
- мультимедийные интерактивные домашние работы, выдаваемые обучающимся на каждом занятии;
По результатам работ всей группы будет создаваться мультимедийное интерактивное издание, которое можно будет использовать не только в качестве отчетности о проделанной работе, но и как учебный материал для следующих групп обучающихся.
Материально-техническое обеспечение программы.
1. Компьютерный класс – на момент программирования робототехнических средств, программирования контрольлеров конструкторов, настройки самих конструкторов, отладки программ, проверка совместной работоспособности программного продукта и модулей конструкторов LEGO.
2. Наборы конструкторов:
- LEGO Mindstorm NXT Education – 2 шт;
- программный продукт – по количеству компьютеров в классе;
- поля для проведения соревнования роботов –5 шт.;
- зарядное устройство для конструктора – 2 шт.
- ящик для хранения конструкторов.
Список литературы
1. Для педагога
Робототехника для детей и родителей. С.А.Филиппов. СПб: Наука, 2010.
1.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.
2.Журнал «Компьютерные инструменты в школе», подборка статей за 2010 г. «Основы робототехники на базе конструктора Lego Mindstorms NXT».
3.The LEGO MINDSTORMS NXT Idea Book. Design, Invent, and Build by Martijn Boogaarts, Rob Torok, Jonathan Daudelin, et al. San Francisco: No Starch Press, 2007.
4.LEGO Technic Tora no Maki, ISOGAWA Yoshihito, Version 1.00 Isogawa Studio, Inc., 2007, http://www.isogawastudio.co.jp/legostudio/toranomaki/en/.
5.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.
6.Lego Mindstorms NXT. The Mayan adventure. James Floyd Kelly. Apress, 2006.
7.Engineering with LEGO Bricks and ROBOLAB. Third edition. Eric Wang. College House Enterprises, LLC, 2007.
8.The Unofficial LEGO MINDSTORMS NXT Inventor's Guide. David J. Perdue. San Francisco: No Starch Press, 2007.
9.http://www.legoeducation.info/nxt/resources/building-guides/
10.http://www.legoengineering.com/
2. Для детей и родителей
Робототехника для детей и родителей. С.А.Филиппов. СПб: Наука, 2010.
11.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.
12.Журнал «Компьютерные инструменты в школе», подборка статей за 2010 г. «Основы робототехники на базе конструктора Lego Mindstorms NXT».
13.Я, робот. Айзек Азимов. Серия: Библиотека приключений. М: Эксмо, 2002.
|
