пояснительная записка
Цели, стоящие при обучении основ робототехники на базе конструкторов LEGO Mindstorms NXT по программе:
Освоение знаний об основах робототехники, конструирования, программирования, об основных принципах механики, о методах и этапах моделирования, о методах сбора, анализа и обработки информации, о методах проектирования и проведения исследований;
Овладения умениями применять знания основ конструирования для создания моделей реальных объектов и процессов, мыслить логически, творчески подходить к решению поставленной задачи, работать с компьютером, проводить исследования, создавать проекты, проводить презентацию итогов собственного труда;
Развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе создания моделей и проектов, образного и технического мышления, мелкой моторики, речи учащихся в процессе анализа проделанной работы;
Воспитание умения работать в микрогруппах и в коллективе в целом, этики и культуры общения, основ бережного отношения к оборудованию;
Использование приобретенных знаний и умений в повседневной жизни при решении творческих задач, при сборе и обработки информации, создании проектов.
Мотивация к изучению наук естественно-научного цикла: физики, технологии, информатики, (программирование и автоматизированные системы управления) и математики.
Внедрение современных технологий в учебных процесс, содействие развитию детского научно-технического творчества, популяризацию профессии инженера и достижений в области робототехники.
Задачи, стоящие при реализации программы:
Создание педагогических условий для обучения, воспитания и развития детей.
Формирование целостного миропонимания и современного научного мировоззрения.
Разностороннее и своевременное развитие детей, их творческих способностей, формирование навыков самообразования, самореализации личности.
Ознакомление с основными принципами механики.
Ознакомление с основами программирования в компьютерной среде LEGOMindstorms;
Развитие умения работать по предложенным инструкциям.
Развитие умения творчески подходить к решению задачи.
Развитие умения довести решение задачи до работающей модели.
Развитие умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.
Развитие умения работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности.
Подготовка к муниципальному, региональному туру международных соревнований по робототехнике.
Актуальность создания программы
связана с тем, что:
Развитие данного направления обусловлено социальным заказом общества. По данным Международной федерации робототехники, прогнозируется резкое увеличение оборота отрасли. В новостях нас ежедневно знакомят с новыми роботизированными устройствами в домашнем секторе, в медицине, в общественном секторе и на производстве. Это инвестиции в будущие рабочие места. Однако сейчас в России наблюдается острая нехватка инженерных кадров, а это серьезная проблема, тормозящая развитие экономики страны. Необходимо вернуть массовый интерес молодежи к научно-техническому творчеству. Наиболее перспективный путь в этом направлении – это робототехника, позволяющая в игровой форме знакомить детей с наукой.
Отсутствуют аналогичные программы по основам лего-конструирования на основе LEGOMindstormsNXT.
Данная программа востребована другими педагогами, учителями общеобразовательных школ
Автор приобрел опыт работы в освоении новых технологий, методов проведения практических работ, участия в соревнованиях, создании проектов.
Организационные условия работы по программе.
Для реализации программы на уроке должны быть наборы конструктора LEGOMindstormsNXT, АРМ учителя, набор полей для соревнований, Аккумуляторные батарейки (6 шт.) размер АА, Ni-Mh (никель-магниевые).
Программа рассчитана на возрастную категорию детей от 9 до 12 лет, на три года обучения, изучение программного материала по 2 часа в неделю. Рекомендуется два занятия в неделю по два часа,так как только за 1 час нельзя успеть собрать и запрограммировать робота. Содержит больше учебного времени на проведение практических работ по созданию моделей. Содержание программы предусматривает учебное время на обобщение материала и индивидуальную работу с учащимися для подготовки к соревнованиям. Образовательная программа состоит из двух разделов:
Раздел № 1 – первые два года обучения «Основы конструирования и программирования»
Раздел № 2 – третий, четвертый год обучения «Мыслим, проектируем, творим»
Этапы реализации программы
соответствуют годам обучения по освоению содержания программного материала:
1 этап – первые два года обучения – первоначальное овладение принципами соединения деталей, навыками работы по готовым схемам, навыками конструирования моделей, методам их усовершенствования, ознакомление с интерфейсом среды LEGOMindstormsNXT, навыками составления программ в ней.
2 этап – третий год обучения - углубление полученных теоретических знаний и практических навыков при создании творческих проектов, развитие ключевых компетенций: учебно-организационных, учебно-информационных, учебно-логических, учебно-коммуникативных.
Календарно-тематическое планирование 1-й год
№ п/п
|
Тема
|
Общее
Кол-во часов
|
примечания
|
1
|
О сборке и программировании.
|
2
|
|
2
|
Мотор и ось.
|
2
|
|
3
|
Зубчатые колеса.
|
2
|
|
4
|
Повышающая зубчатая передача.
|
2
|
|
5
|
Понижающая зубчатая передача.
|
2
|
|
6
|
Шкивы и ремни.
|
2
|
|
7
|
Датчик наклона.
|
2
|
|
8
|
Датчик расстояния.
|
2
|
|
9
|
Коронное зубчатое колесо, червячное колесо,кулачок.
|
2
|
|
10
|
Цикл. Прибавить к экрану. Вычесть из экрана. Начать при получении письма.
|
2
|
|
11
|
Звуки. Фоны экрана.
|
2
|
|
12
|
Сочетания клавиш.
|
2
|
|
Забавные механизмы.
|
|
13-14
|
Танцующие птицы.
|
4
|
|
15-16
|
Умная вертушка.
|
4
|
|
17-18
|
Обезьянка-барабанщица.
|
4
|
|
Звери
|
|
19-20
|
Голодный аллигатор.
|
4
|
|
21-22
|
Рычащий лев.
|
4
|
|
23-24
|
Порхающая птица.
|
2
|
|
Футбол
|
|
25-26
|
Нападающий.
|
4
|
|
27-28
|
Вратарь.
|
4
|
|
29-30
|
Ликующие болельщики.
|
4
|
|
Приключения
|
|
31-32
|
Спасение самолета.
|
4
|
|
33
|
Спасение от великана.
|
2
|
|
34
|
Непотопляемый парусник.
|
2
|
|
|
ИТОГО:
|
68 часов
|
|
Календарно-тематическое планирование 2-й год 68 часов
№
|
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.
|
2
|
2
|
Конструкторы компании ЛЕГО
|
Лекция. Информация о имеющихся конструкторах компании ЛЕГО, их функциональном назначении и отличии, демонстрация имеющихся в арсенале школы наборов
|
2
|
3
|
Знакомимся с набором LegoMindstormsNXT 2.0 сборки 8547
|
Лекция. Знакомимся с набором LegoMindstormsNXT 2.0 сборки 8547. Датчики конструкторов LEGO на базе компьютера NXT (презентация), аппаратный и программный состав конструкторов LEGO на базе компьютера NXT (презентация), сервомотор NXT.
|
2
|
4
|
Конструирование робота «Пятиминитука»
|
Практика. Собираем первую модель робота «Пятиминитука» по инструкции.
|
2
|
5
|
Сборка робота «Линейный ползун»
|
Лекция. 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.
|
2
|
6
|
Программирование робота «Линейный ползун»
|
Практика. Разработка программ для выполнения поставленных задачи: несколько коротких заданий из 4-5 блоков
|
2
|
7
|
Конструирование трехколесного робота
|
Создаём и тестируем "Трёхколёсного робота".
У этого робота ещё нет датчиков, но уже можно писать средние по сложности программы для управления двумя серводвигателями.
|
2
|
8
|
Сборка и программирование робота «Бот-внедорожник»
|
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: 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.
|
2
|
9
|
Сборка 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.
|
2
|
10
|
Модернизация гусеничного бота
|
На предыдущем уроке мы собирали гусеничного бота. Нужно ещё раз посмотреть на свои модели, запомнить конструкцию. Далее разобрать и попытаться собрать свою собственную модель. Она должна быть устойчива, не должно быть выступающих частей. Гусеницы должны быть оптимально натянуты. Далее тестируем своё гусеничное транспортное средство на поле, управляем им с мобильного телефона или с ноутбука.
|
2
|
11
|
Тестирование
|
Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество вопросов от 10 до 20. Ученики отвечают на простые вопросы, проверяют свой уровень знаний. В тест рекомендуется включить несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". В результате тестирования мы должны понять научился ли чему-нибудь ученик.
|
2
|
12
|
Сборка 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.
|
2
|
13
|
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.
|
2
|
14
|
Анализ конструкции победителей
|
Необходимо изучить конструкции, выявить плюсы и минусы бота. Проговариваем вслух все плюсы и минусы. Свободное время. Собираем любую со сложностью не выше 3 единиц из имеющихся инструкций роботов.
|
2
|
15
|
Конструируем робота к международным соревнованиям WRO (1)
|
Задача учеников самостоятельно найти и смастерить конструкцию робота, которая сможет выполнять задания олимпиады. Все задания расклываем по частям, например, нужно передвигаться из точки А в точку Б - это будет первая задача, нужно определять цвет каждой ячейки - это вторая задача, в зависимости от цвета ячейки нужно выкладвать определённое количество шариков в ячейку - это третья задача.
|
6
|
16
|
17
|
18
|
Разработка проектов по группам.
|
Цель: Сформировать задачу на разработку проекта группе учеников.
На уроке мы делим всех учеников на группы по 2-3 человека.
Шаг 1. Каждая группа сама придумывает себе проект автоматизированного устройства/установки или робота. Задача учителя направить учеников на максимально подробное описание будущих моделей, распределить обязанности по сборке, отладке, программированию будущей модели. Ученики обязаны описать данные решения в виде блок-схем, либо текстом в тетрадях.
Шаг 2. При готовности описательной части проекта приступить к созданию действующей модели. (При готовности описательной части проекта создаём действующую модели.Если есть вопросы и проблемы - направляем учеников на поиск самостоятельного решения проблем, выработку коллективных и индивидуальных решений)
Шаг 3. Уточняем параметры проекта. Дополняем его схемами условными чертежами, добавляем описательную часть. Обновляем параметры объектов.
Шаг 4. При готовности модели начинаем программирование запланированных ранее функций.
Шаг 5. Оформляем проект: Окончательно определяемся с названием проекта, разрабатываем презентацию для защиты проекта. Печатаем необходимое название, ФИО авторов, дополнительный материал.
Шаг 6. Определяемся с речью для защиты проекта. Записываем, сохраняем, репетируем.Цель: Научиться публично представлять свои изобретения.
Место: Актовый зал. Публичная ЗАЩИТА проектов с приглашением представителей администрации Лицея, представителей градообразующего предприятия, педагогов дополнительного образования технической направленности организаций дополнительного оборазования города, учеников Лицея и других школ города.
|
8
|
19
|
20
|
21
|
22
|
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.
|
2
|
23
|
Конструирование 4-х колёсного или гусеничного робота
|
Цель: собрать по инструкции робота, изучить его возможности и программу.
Необходимо выбрать одного из 9 имеющиеся конструкции МУЛЬТИБОТА по этой ссылке.
Собираем робота по инструкции, загружаем программу, изучаем его поведение: запкскаем, наблюдаем, тестируем. Меняем программу, добиваемся изменения принципа работы робота. Меняем его конструкцию.
|
2
|
24
|
Конструирование колёсного или гусеничного робота.
|
Цель: придумать и собрать робота. Самостоятельно запрограммировать робота.
Придумываем конструкцию, которую мы бы хотели собрать. Назовём конструкции роботом. Пусть робот перемещается на 4-х колёсах или гусеницах. Пусть он может короткое время (минимум 1 минуту) передвигаться самостоятельно.
Начинаем сборку модели. Обсуждаем подробности конструкции и параметры программы.
|
4
|
25
|
26
|
Контрольное тестирование
|
Тест должен содержать простые и чётко сформулированные вопросы о конструкторе, о лего, о законах физики, математики и т.д. Рекомендуемое количество вопросов 20 штук. Ученики отвечают на простые вопросы, проверяют свой уровень знаний. В тест рекомендуется включить несколько вопросов на смекалку из цикла: "А что если...". В результате тестирования мы должны понять научился ли чему-нибудь ученик. Проводим анализ полученных результатов. Сравниваем их с теми, что были получены в начале обучения по предмету "робототехника". Проводим "отсев" двоечников, выбираем учеников, способных изучать робототехнику на повышенном уровне. Формируем из них группу для обучения на второй год.
|
2
|
27
|
Сборка робота-богомола
|
Собираем и программируем робота-богомола МАНТИ. Урок 1.
Инструкция Инструкция по сборке робота 'МАНТИ: безобидный богомол'
|
4
|
28
|
29
|
Сборка робота высокой сложности
|
Собираем робота АЛЬФАРЕКСА (ALFAREX) урок 1.
Инструкция Инструкция по сборке робота 'АЛЬФАРЕКС' для конструктора 8547.
|
4
|
30
|
31
|
Программирование робота высокой сложности
|
Программируем робота АЛЬФАРЕКСА, готовимся к показательным выступлениям.
|
2
|
32
|
Показательное выступление
|
Показательный урок: демонстрируем робота, запускаем программу, показываем возможности движения, соревнуемся на скорость перемещения. Команда-победитель получает призы.
|
2
|
33
|
Свободное моделирование.
|
Собираем любую по желанию модель.
|
2
|
34
|
Свободное моделирование. Резервный урок.
|
Собираем любую по желанию модель. Резервный урок.
|
2
|
ИТОГО: 68
|
68
|
Календарно-тематическое планирование 3-й год 68 часов
№ занятия
|
Тема занятия
|
Количество часов
|
Раздел 1. Основные понятия
|
1
|
Информация, информатика, робототехника, автоматы.
|
2
|
2-3
|
Понятие «Робот». Знакомство с набором LegoMinstorms и его комплектующими. Сборка простейшей конструкции робота.
|
4
|
Раздел 2. Программирование стартовой конструкции робота
|
4
|
Знакомство со средой программирования NXT. Знакомство с понятием линейной программы.
|
4
|
5-8
|
Движение робота по заданной траектории. Использование линейных программ.
|
8
|
9
|
Условие. Реализация условия в среде программирования NXT.
|
4
|
10-13
|
Движение робота по заданной траектории с применением условия.
|
8
|
14
|
Цикл. Реализация цикла в среде программирования NXT
|
2
|
15-18
|
Движение робота по заданной траектории с применением циклов
|
8
|
Раздел 3. Работа с цветовым сенсором
|
19
|
Цветовой сенсор. Установка сенсора на робота и знакомство с принципом работы сенсора цвета
|
4
|
20-23
|
Решение задач с применением цветового сенсора (линейные задачи и задачи на ветвление).
|
8
|
24-29
|
Цветовой сенсор. Решение задач с применением цветового сенсора (циклические задачи).
|
8
|
30-34
|
Решение и разбор олимпиадных задач.
|
8
|
Всего:
|
|
68
|
ЛИТЕРАТУРА
Hussein B., Nyseth K. A method for learning in project management, “Learning by projects” // 9th International Workshop on Experimental Interactive Learning in Industrial Management, “New Approaches on Learning, Studying and Teaching”, Espoo, Helsinki University of Technology SimLab, June 5-7, 2005.
Pei-Yin Chung, Chin-Jui Chang. Design, Development and Learning Assessment by Applying NXT Robotics Multi-Media Learning Materials: A Preliminary Study to Explore Students’ Learning Motivation // World Academy of Science, Engineering and Technology, Issue 65. 2010. http://www.waset.org/journals/waset/.
Sergeyev A. Alaraje N. Promoting Robotics Education: Curriculum and State-of-the-Art Robotics Laboratory Development // The Technology Interface Journal. Vol. 10 N3. 2010. http://technologyinterface.nmsu.edu/Spring10/.
Автоматизированные устройства. ПервоРобот. Книга для учителя. К книге прилагается компакт-диск с видеофильмами, открывающими занятия по теме. LEGO Group, перевод ИНТ, - 134 с.,илл.
Василенко, Н.В. Никитан, КД. Пономарёв, В.П. Смолин, А.Ю. Основы робототехники.- Томск МГП "РАСКО", 1993. 470с.
Возобновляемые источники энергии. Книга для учителя. LEGOGroup, перевод ИНТ, -122 с.,илл.
Гайсина И. Р. Развитие робототехники в школе [Текст] / И. Р. Гайсина // Педагогическое мастерство (II): материалы междунар. заоч. науч. конф. (г. Москва, декабрь 2012 г.). — М.: Буки-Веди, 2012. — С. 105-107.
Гейтс У. Механическое будущее // В мире науки. Информационные технологии. 2007, № 5.
Индустрия развлечений. ПервоРобот. Книга для учителя и сборник проектов. LEGO Group, перевод ИНТ, - 87 с.,илл.
Комплект методических материалов «Перворобот». Институт новых технологий.
Копосов Д.Г. Основы микропроцессорных систем управления — программа для учащихся 9–11-х классов // Информационные технологии в образовании: ресурсы, опыт, тенденции развития: сб. мат. Международной науч.-практ. конф. (30 ноября — 3 декабря 2011 г.). В 2 ч. Ч. 2. — Архангельск: Изд-во АО ИППК РО, 2011. — С.174–181.
Копосов Д.Г. Первый шаг в робототехнику: практикум для 5–6 классов. М: БИНОМ. Лаборатория знаний. — 2012. — 250 с
Материалы авторской мастерской Л.П. Босовой [Электронный ресурс]. - http://metodist.lbz.ru/avt_masterskaya_BosovaLL.html
Поташник М.М. Управление профессиональным ростом учителя в современной школе.– М., 2009
Технология и информатика: проекты и задания. ПервоРобот. Книга для учителя. -М.:ИНТ. - 80 с.
Технология и физика. Книга для учителя. LEGOEducational/ Перевод на русский -
Хуторской А.В. Ключевые компетенции и образовательные стандарты [Электронный ресурс]. ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ «ЭЙДОС» – www.eidos.ru.
Хуторской А.В. Современная дидактика. – М., 2001
Энергия, работа, мощность. Книга для учителя. LEGOGroup, перевод ИНТ, - 63 с.
Юревич, Е. И. Основы робототехники — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — 416 с.
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования детей
ДОМ ДЕТСКОГО ТВОРЧЕСТВА
пос. Железнодорожный
Калининградская область, Правдинский район, пос. Железнодорожный,
улица Школьная 2.
Телефон/ факс- 8-401-57-2-35-89
«Согласовано» «Утверждаю»
На собрании педагогического Совета Директор МБОУ ДОД ДДТ
«____»_________2014 года п. Железнодорожный
Л.В. Мартиновская________
«_____» ___________2014 год
ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ
по робототехнике
«ROBOT»
Возраст учащихся: 9- 12 лет
Срок реализации программы: 3 года
Объем реализации: 68 часов в год
Автор:
педагог дополнительного образования
Шендрик Андрей Геннадьевич
п. Железнодорожный
2014-2017г. г
|
