Рабочая учебная программа элективного курса "Робототехника"

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

гимназия № 2 г. Асино

Рабочая учебная программа

элективного курса

Основы робототехники

9 класс

Общее количество часов 8

9 класс 0,5 часа (0,5 часа в неделю)

Составил:

Соловьёва Жанна Николаевна,

учитель информатики

первой квалификационной категории

2015г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Робототехника - это проектирование, конструирование и программирование всевозможных интеллектуальных механизмов - роботов, имеющих модульную структуру и обладающих мощными микропроцессорами.

Изучение основ робототехники очень перспективно и важно именно сейчас. Это обусловлено двумя мощными факторами.

Во-первых, по данным Международной федерации робототехники, к 2008 году в мире уже функционировало около 9 млн. механизмов на основе искусственного интеллекта, а к 2025 году оборот робототехнической отрасли составит более 66 млрд. долларов. В новостях нас практически ежедневно знакомят с различными роботизированными устройствами в домашнем секторе, в медицине, в общественном секторе и на производстве. Робототехника – это сегодняшние и будущие инвестиции и, как следствие, новые рабочие места.

Во-вторых, в последнее время руководство страны четко сформулировало первоочередной социальный заказ в сфере образования в целом: стране не хватает инженеров. Необходимо активно начинать популяризацию профессии инженера уже в средней школе. Детям нужны образцы для подражания в области инженерной деятельности, чтобы пробудить в них интерес и позволить ощутить волшебство в работе инженера, а робототехника является популярным и эффективным методом для изучения важных областей науки, технологии, конструирования и математики. Это естественно, молодое поколение упорно тянет к компьютеру, не столько как к средству развлечений, но и уже как средству профессиональной работы. Для решения поставленной социальной задачи в рамках средней школы необходим «комбинированный» вариант обучения, в котором виртуальная реальность и действительность будут тесно переплетены. Создавая и программируя различные управляемые устройства, ученики получают знания о техниках, которые используются в настоящем мире науки, конструирования и дизайна. Они разрабатывают, строят и программируют полностью функциональные модели, учатся вести себя как молодые ученые, проводя простые исследования, просчитывая и изменяя поведение, записывая и представляя свои результаты.

Общепризнанно, что ученик должен быть активным участником учебного процесса. Это становится возможным, если создана учебная среда, побуждающая ученика взаимодействовать и общаться в ходе решения различных задач с учителем, изучаемым материалом и другими учениками. Обучающий комплекс по робототехнике позволяет сделать это.

Безнадежные троечники и двоечники зачастую искусно управляются с любой домашней механикой и электроникой в тех случаях, где интересная для ребенка задача решается путем взаимодействия с вещественными телами или зрительными образами. Причина в том, что такие дети испытывают трудности при необходимости мысленно оперировать с абстрактными понятиями и символами, доминирующими в содержании школьного обучения. Подход, основанный на применении обучающего комплекса по робототехнике, в большой степени снимает подобные противоречия и препятствия, вводя ряд соединительный звеньев и промежуточных стадий между формами символического и образного мышления. Это позволяет всем детям развивать индивидуальные навыки познавательной и творческой продуктивной деятельности. С простого запоминания фактов и правил и последующего исполнения рутинных инструкций акцент переносится на способность отыскивать факты, предполагать еще не имеющие прецедента возможности, понимать и изобретать правила, ставить перед собой разнообразные задачи, самостоятельно планировать и выстраивать исполнительные действия. На уровне общей идеи – это попытка создать целостную картину рукотворного мира от момента зарождения идеи, потребности человека в каких-то объектах – материальных, энергетических, информационных – до рождения ее на свет, т. е. знакомство с процессом проектирования на практике и в теории.

Использование конструктора LEGO EV3 позволяет создать уникальную образовательную среду, которая способствуетразвитию инженерного, конструкторского мышления. В процессе работы с LEGO EV3 ученики приобретают опыт решения как типовых, так и нешаблонных задач по конструированию, программированию, сбору данных. Кроме того, работа в команде способствует формированию умения взаимодействовать с соучениками, формулировать, анализировать, критически оценивать, отстаивать свои идеи.

LEGO EV3 обеспечивает простоту при сборке начальных моделей, что позволяет ученикам получить результат в пределах одного урока. И при этом возможности в изменении моделей и программ – очень широкие, и такой подход позволяет учащимся усложнять модель и программу, проявлять самостоятельность в изучении темы. Программное обеспечение LEGO MINDSTORMS Education EV3 обладает очень широкими возможностями, в частности, позволяет представлять свои проекты прямо в среде программного обеспечения LEGO EV3.

Цели:

Главная цель: формирование устойчивого интереса учащихся к предметной области роботостроения путем вовлечения их в конструкторскую, исследовательскую, творческую деятельность; создание условий для профессиональной ориентации и профессионального выбора учащихся.

Образовательные:

• познакомить обучающихся с базовыми знаниями в области конструирования моделей на основе наборов деталей ЛЕГО, позволяющих создавать модели различных устройств для решения конкретных технических задач;

• дать знания в предметной области робототехники, необходимые для четкого понимания места роботов в нашей жизни и их отличии от автоматов;

• изучить основы алгоритмизации, используемые для построения программ управления роботами;

• освоить язык графического (визуального) программирования, используемый в программах управления роботами;

• научить искусству отладки программ управления роботами;

• научить обучаемых проводить исследования с помощью созданных моделей роботов.

Развивающие:

• расширить представления учащихся о возможностях применения роботов в различных отраслях народного хозяйства, науки и техники, в учебном процессе при изучении различных предметов;

• путем вовлечения учащихся в учебное проектирование по созданию компьютерных роботизированных учебных комплексов повысить мотивацию к изучению смежных предметных дисциплин.

Воспитательные:

• научить подчинять свои интересы интересам команды; выработка «командного духа», «командного сознания»;

• способствовать выработке морально-волевых качеств личности, необходимых для достижения успеха: умения ставить перед собой цели, формулировать задачи и достигать их решения; воли, терпения и настойчивости в преодолении трудностей; умения прислушиваться к чужому мнению и т.п.

Задачи:

• оказать содействие в конструировании роботов;

• освоить среду программирования Lego Mindstorms EV3;

• развивать творческие способности и логическое мышление обучающихся;

• развивать умение выстраивать гипотезу и сопоставлять с полученным результатом;

• развивать образное, техническое мышление и умение выразить свой замысел;

• развивать умения работать по предложенным инструкциям по сборке моделей;

• развивать умения творчески подходить к решению задачи;

• развивать применение знаний из различных областей знаний;

• развивать умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений;

• усвоение основ программирования, получить умения составления алгоритмов;

• умение использовать системы регистрации сигналов датчиков, понимание принципов обратной связи;

• через создание собственных проектов прослеживать пользу применения роботов в реальной жизни;

• расширение области знаний о профессиях;

• умение учеников работать в группах.

Универсальные учебные действия:

Познавательная деятельность: использование для познания окружающего мира различных методов (наблюдение, измерение, опыт, эксперимент, моделирование и др.). Определение структуры объекта познания, поиск и выделение значимых функциональных связей и отношений между частями целого. Умение разделять процессы на этапы, звенья; выделение характерных причинно-следственных связей.

Определение адекватных способов решения учебной задачи на основе заданных алгоритмов. Комбинирование известных алгоритмов деятельности в ситуациях, не предполагающих стандартное применение одного из них.

Сравнение, сопоставление, классификация, ранжирование объектов по одному или нескольким предложенным основаниям, критериям. Умение различать факт, мнение, доказательство, гипотезу, аксиому.

Исследование несложных практических ситуаций, выдвижение предположений, понимание необходимости их проверки на практике. Использование практических и лабораторных работ, несложных экспериментов для доказательства выдвигаемых предположений; описание результатов этих работ.

Творческое решение учебных и практических задач: умение мотивированно отказываться от образца, искать оригинальные решения; самостоятельное выполнение различных творческих работ; участие в проектной деятельности.

Информационно-коммуникативная деятельность: адекватное восприятие устной речи и способность передавать содержание прослушанного текста в сжатом или развернутом виде в соответствии с целью учебного задания.

Осознанное беглое чтение текстов различных стилей и жанров, проведение информационно-смыслового анализа текста. Использование различных видов чтения (ознакомительное, просмотровое, поисковое и др.).

Владение монологической и диалогической речью. Умение вступать в речевое общение, участвовать в диалоге (понимать точку зрения собеседника, признавать право на иное мнение). Создание письменных высказываний, адекватно передающих прослушанную и прочитанную информацию с заданной степенью свернутости (кратко, выборочно, полно). Составление плана, тезисов, конспекта. Приведение примеров, подбор аргументов, формулирование выводов. Отражение в устной или письменной форме результатов своей деятельности.

Умение перефразировать мысль (объяснять «иными словами»). Выбор и использование выразительных средств языка и знаковых систем (текст, таблица, схема, аудиовизуальный ряд и др.) в соответствии с коммуникативной задачей, сферой и ситуацией общения.

Использование для решения познавательных и коммуникативных задач различных источников информации, включая энциклопедии, словари, Интернет-ресурсы и другие базы данных.

Рефлексивная деятельность: самостоятельная организация учебной деятельности (постановка цели, планирование, определение оптимального соотношения цели и средств и др.). Владение навыками контроля и оценки своей деятельности, умением предвидеть возможные последствия своих действий. Поиск и устранение причин возникших трудностей. Оценивание своих учебных достижений, поведения, черт своей личности, своего физического и эмоционального состояния. Осознанное определение сферы своих интересов и возможностей. Соблюдение норм поведения в окружающей среде, правил здорового образа жизни.

Владение умениями совместной деятельности: согласование и координация деятельности с другими ее участниками; объективное оценивание своего вклада в решение общих задач коллектива; учет особенностей различного ролевого поведения (лидер, подчиненный и др.).

Оценивание своей деятельности с точки зрения нравственных, правовых норм, эстетических ценностей. Использование своих прав и выполнение своих обязанностей как гражданина, члена общества и учебного коллектива.

Формируемые компетентности:

Учащиеся должны:

• соблюдать требования техники безопасности, гигиены, эргономики, этики информационной деятельности;

• обладать базовыми знаниями;

• понимать, учитывать и использовать в работе основные принципы функционирования и использования средств ИКТ;

• фиксировать информацию, вести запись наблюдений и воспоминаний (своих и других людей) в заданном формате, в том числе, указывая качественные и числовые данные, используя свои органы чувств, устройства фиксации изобразительной и звуковой информации, измерительные приборы;

• осуществлять цифровой и аналоговый ввод и сохранение информации, в том числе – визуальной, звуковой, измерять расстояния, освещенность (цифровые датчики);

• искать и выделять нужную информацию путем беглого просмотра текста, линейных информационных источников (видео, аудио), других объектов и коллекций, СМИ;

• структурировать информационный объект, выделять компоненты и фрагменты в соответствии с задачей, формировать внутренние и внешние ссылки, указатели;

• использовать устройства вывода информации;

• планировать выступление, готовить материалы для него и проводить его с поддержкой аудиовизуальными средствами, учитывая специфику различных форм восприятия и различных аудиторий; особенности пространства;

• организовывать и вести коллективное обсуждение, фиксировать его результаты;

• выявлять разногласия, голосовать и организовывать голосование, формировать общую позицию (консенсус);

• строить информационную модель функционирования различных систем;

• строить качественное, вербальное описание объекта моделирования, выбирать переменные,

• интерпретировать результаты моделирования;

• планировать деятельность, относящуюся к:

• наблюдению, в том числе - создавать формат фиксации наблюдений;

• эксперименту;

• исследованию;

• поиску информации;

• выступлению, обсуждению;

• учебному процессу;

• созданию материального или информационного объекта, в том числе – групповую;

• развитию организации;

• личной жизни;

• проектировать объекты реального мира:

• выявлять потребности;

• создавать и визуализировать концепции;

• осваивать конкретные интерфейсы и примитивы графического дизайна;

• переходить от виртуальной модели к натурной;

• ориентироваться в современном состоянии и тенденциях ИКТ

• иметь представления о различных ИКТ, их технических реализациях, количественных и качественных возможностях и характеристиках;

• принимать решения об использовании в своей деятельности тех или иных средств ИКТ, учитывая технические и экономические факторы;

• использовать конструкции языка программирования компьютерно-управляемых устройств

Основными педагогическими принципами, обеспечивающими реализацию программы курса «Основы робототехники», являются:

• принцип гуманистической направленности педагогического процесса, требующий подчинения обучения и воспитания задачам формирования и развития всесторонне развитой личности.

• принцип связи педагогического процесса с жизнью и практи­кой, предполагающий необходимость связей теоретических знаний и практического опыта, соединения обучения и воспитания с трудо­вой практикой.

• принцип научности, предопределяющий передачу обучаемым только достоверных, проверенных практикой сведений, при отборе которых учитываются новейшие достижения науки и техники.

• принцип доступности, который предполагает соответствие объ­ема и глубины учебного материала уровню общего развития учащих­ся в данный период, но требовать затрат на его усвоение, благодаря чему знания и навыки могут быть сознательно и прочно усвоены.

• принцип связи теории с практикой, который обязывает вести обу­чение так, чтобы получаемые знания были связаны с жизнью и приме­няемы для решения практических задач.

• принцип воспитания личности, который предполагает, что в про­цессе обучения ученик не только приобретает знания и нарабатывает навыки, но и развивает свои способности, умственные и моральные качества.

• принцип сознательности и активности учащихся в обучении, предполагающий целенаправленное активное восприятие изучаемых явлений, их самостоятельное осмысление, творческую переработку и применение.

• принцип наглядности обучения, согласно которому подача но­вого материала должна проводиться с помощью наглядных фото, видео и т.п. материалов. объяснение техники сборки робототехни­ческих средств должно проводиться на конкретных изделиях и про­граммных продуктах.

• принцип систематичности обучения, по которому материал дает­ся по определенной системе и в логической последовательности с це­лью лучшего его освоения.

• принцип проблемности обучения – необходимо ставить уча­щихся перед решением проблем, в процессе которых у них будет развиваться индивидуальность, инициативность, критичность, само­стоятельность, повышаться уровень интеллектуальной, мотивацион­ной и других сфер.

• принцип индивидуального подхода в обучении, который пред­полагает, что в процессе обучения педагог должен исходить из ин­дивидуальных особенностей детей и, опираясь на сильные стороны ребенка, доводить его знания до уровня общих требований.

Основные виды деятельности

• проектная деятельность;

• работа в парах, в группах;

• соревнования.

Формы работы, используемые на занятиях:

• лекция;

• беседа;

• демонстрация;

• практика;

• творческая работа;

• проектная деятельность;

• соревнования.

Методы обучения:

• познавательный (восприятие, осмысление и запоминание учащимися нового материала с привлечением наблюдения готовых примеров, моделирования, изучения иллюстраций, восприятия, анализа и обобщения демонстрируемых материалов);

• метод проектов (при усвоении и творческом применении навыков и умений в процессе разработки собственных моделей)

• систематизирующий (беседа по теме, составление систематизирующих таблиц, графиков, схем и т.д.)

• контрольный метод (при выявлении качества усвоения знаний, навыков и умений и их коррекция в процессе выполнения практических заданий)

• групповая работа (используется при совместной сборке моделей, а также при разработке проектов)

Ожидаемые результаты:

• формирование устойчивого интереса к робототехнике и учебным предметам физика, технология, информатика;

• формирование умения работать по предложенным инструкциям;

• формирование умения творчески подходить к решению задачи;

• формирование умения довести решение задачи до работающей модели;

• формирование умения излагать мысли в четкой логической последовательности, отстаивать свою точку зрения, анализировать ситуацию и самостоятельно находить ответы на вопросы путем логических рассуждений.

• формирование умения работать над проектом в команде, эффективно распределять обязанности.

• подготовка к состязаниям по Лего - конструированию.

Формы подведения итогов работы:

• школьные состязания по Лего;

В результате изучения курса учащиеся должны:

знать/понимать

• роль и место робототехники в жизни современного общества;

• основные сведение из истории развития робототехники в России и мире;

• основных понятия робототехники, основные технические термины, связанные с процессами конструирования и программирования роботов;

• правила и меры безопасности при работе с электроинструментами;

• общее устройство и принципы действия роботов;

• основные характеристики основных классов роботов;

• общую методику расчета основных кинематических схем;

• порядок отыскания неисправностей в различных роботизированных системах;

• методику проверки работоспособности отдельных узлов и деталей;

• основы популярных языков программирования;

• правила техники безопасности при работе в кабинете оснащенным электрооборудованием;

• основные законы электрических цепей, правила безопасности при работе с электрическими цепями, основные радиоэлектронные компоненты;

• определения робототехнического устройства, наиболее распространенные ситуации, в которых применяются роботы;

• иметь представления о перспективах развития робототехники, основные компоненты программных сред;

• основные принципы компьютерного управления, назначение и принципы работы цветового, ультразвукового датчика, датчика касания, различных исполнительных устройств;

• различные способы передачи механического воздействия, различные виды шасси, виды и назначение механических захватов;

уметь

• собирать простейшие модели с использованием EV3;

• самостоятельно проектировать и собирать из готовых деталей манипуляторы и роботов различного назначения;

• использовать для программирования микрокомпьютер EV3 (программировать на дисплее EV3)

• владеть основными навыками работы в визуальной среде программирования, программировать собранные конструкции под задачи начального уровня сложности;

• разрабатывать и записывать в визуальной среде программирования типовые управления роботом

• пользоваться компьютером, программными продуктами, необходимыми для обучения программе;

• подбирать необходимые датчики и исполнительные устройства, собирать простейшие устройства с одним или несколькими датчиками, собирать и отлаживать конструкции базовых роботов

• правильно выбирать вид передачи механического воздействия для различных технических ситуаций, собирать действующие модели роботов, а также их основные узлы и системы

• вести индивидуальные и групповые исследовательские работы.

Перечень информационно-методического обеспечения

• Копосов Д. Г. Первый шаг в робототехнику. Практикум для 5-6 классов\ Д. Г. Копосов. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012 – 292 с.

• Блог-сообщество любителей роботов Лего с примерами программ [Электронный ресурс] /http://nnxt.blogspot.ru/2010/11/blog-post_21.html

• Лабораторные практикумы по программированию [Электронный ресурс] http://www.edu.holit.ua/index.php?option=com_content&view= category&layout=blog&id=72&Itemid=159&lang=ru

• Образовательная программа «Введение в конструирование роботов» и графический язык программирования роботов [Электронный ресурс] / http://learning.9151394.ru/course/view.php?id=280#program_blocks

• Примеры конструкторов и программ к ним [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.nxtprograms.com/index2.html

• Программы для робота [Электронный ресурс] / http://service.lego.com/en-us/helptopics/?questionid=2655

• Учебник по программированию роботов (wiki) [Электронный ресурс] /

• Интернет ресурсы

• http://www.prorobot.ru/lego.php

• http://nau-ra.ru/catalog/robot

• http://www.239.ru/robot

• http://www.russianrobotics.ru/actions/actions_92.html

• http://habrahabr.ru/company/innopolis_university/blog/210906/STEM-робототехника

• http://www.slideshare.net/odezia/2014-39493928

• http://www.slideshare.net/odezia/ss-40220681

• http://www.slideshare.net/odezia/180914-39396539

Оборудование:

• мультимедийный проектор;

• компьютер;

• конструктор LEGO MINDSTORMS Education EV3;

• доска;

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение в робототехнику (2 ч)

Роботы. Виды роботов. Значение роботов в жизни человека. Основные направления применения роботов. Искусственный интеллект. Правила работы с конструктором LEGO

Правила техники безопасности при работе с роботами-конструкторами. Правила обращения с роботами. Основные механические детали конструктора. Их название и назначение.

Управление роботами. Методы общения с роботом. Состав конструктора LEGOMINDSTORMSEV3. Команды управления роботами.Среда программирования модуля, основные блоки.

Модуль EV3. Обзор, экран, кнопки управления модулем, индикатор состояния, порты. Установка батарей, способы экономии энергии. Включение модуля EV3. Запись программы и запуск ее на выполнение. Сервомоторы EV3, сравнение моторов. Мощность и точность мотора. Механика механизмов и машин. Виды соединений и передач и их свойства.

2. Конструирование и программирование. (5 ч)

Сборка роботов. Сборка модели робота по инструкции. Программирование движения вперед по прямой траектории.

Датчики. Датчик касания. Устройство датчика. Решение задач на движение с использованием датчика касания.

Датчик цвета, режимы работы датчика. Решение задач на движение с использованием датчика цвета.

Ультразвуковой датчик. Решение задач на движение с использованием датчика расстояния.

Подключение датчиков и моторов.

Среда программирования модуля. Создание программы. Удаление блоков. Выполнение программы. Сохранение и открытие программы.

Программное обеспечение EV3. Основное окно. Свойства и структура проекта. Решение задач на движение вдоль сторон квадрата. Использование циклов при решении задач на движение.

Программные блоки и палитры программирования. Страница аппаратных средств. Редактор контента. Инструменты. Устранение неполадок. Перезапуск модуля.

Использование нижнего датчика освещенности. Решение задач на движение с остановкой на черной линии. Решение задач на движение вдоль линии. Калибровка датчика освещенности.

Программирование модулей. Решение задач на прохождение по полю из клеток.Соревнование роботов на тестовом поле.

Конструирование моделей роботов для решения задач с использованием нескольких разных видов датчиков.

3. Зачёт(1 ч)

Конструирование собственной модели робота. Программирование и испытание собственной модели робота. Подведение итогов работы учащихся. Подготовка докладов, презентаций, стендовых материалов для итоговой конференции. Завершение создания моделей роботов для итоговой выставки.

Общая продолжительность курса составляет 8 часов, которые распределены следующим образом:

Учебно-тематическое планирование

КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ

9 класс

Календарно-тематическое планирование